Qué es el transformador trifásico : Construcción y su funcionamiento

El sistema trifásico se utiliza para generar, transmitir y distribuir energía eléctrica. Genera energía a gran escala para satisfacer las necesidades de las industrias y los establecimientos comerciales. Tres transformadores monofásicos idénticos se conectan adecuadamente o se combinan en un solo núcleo para formar un sistema trifásico En función de los distintos tipos de necesidades industriales, los transformadores elevadores y reductores se emplean para generar, transmitir y distribuir la energía eléctrica. La construcción de una unidad de transformación trifásica es económica, ya que consume menos material en comparación con la conexión de tres transformadores monofásicos individuales. Además, el sistema trifásico transfiere energía de CA en lugar de CC y es sencillo de construir.


¿Qué es un transformador trifásico?

Como es sabido, un transformador monofásico es un dispositivo capaz de transferir energía eléctrica de un circuito a uno o más circuitos, basándose en el concepto de inducción mutua. Consta de dos bobinas, una primaria y otra secundaria, que ayudan a transformar la energía. La bobina primaria se conecta a una alimentación monofásica, mientras que la secundaria se conecta a una carga.

Del mismo modo, un transformador trifásico consta de tres bobinas primarias y tres secundarias y se representa como trifásico o 3ɸ. Un sistema trifásico puede construirse utilizando tres transformadores individuales monofásicos idénticos, y tal transformador trifásico se conoce como banco de tres transformadores. Por otra parte, el transformador trifásico puede construirse con un solo núcleo. Los devanados de un transformador pueden estar conectados en configuración delta o estrella. El funcionamiento del sistema trifásico es similar al de un transformador monofásico, y normalmente se emplean en plantas de generación de energía.

Construcción de transformadores trifásicos

El esquema de un transformador trifásico se muestra en la siguiente figura.

Diagrama del transformador trifásico

El transformador trifásico de una sola unidad se utiliza mucho porque es más ligero, más barato y ocupa menos espacio que el banco de tres transformadores monofásicos. La construcción del transformador trifásico es de dos tipos: De núcleo y de carcasa.

Construcción del tipo de núcleo

En este tipo de construcción, hay tres núcleos y dos yugos. Cada núcleo tiene devanados primarios y secundarios enrollados en espiral, como se muestra en la figura. Cada pata del núcleo lleva devanados de alta y baja tensión. El núcleo está laminado para minimizar las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo y el yugo. Como es más fácil laminar el devanado de baja tensión (BT) que el de alta tensión (AT). Los devanados de baja tensión se colocan cerca del núcleo con un aislamiento adecuado y conductos de aceite entre ellos, mientras que los devanados de alta tensión se colocan por encima de los devanados de baja tensión con un aislamiento adecuado y conductos de aceite entre ellos.

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Transformador de núcleo
Transformador de núcleo

Transformador de carcasa

El transformador trifásico tipo concha se construye generalmente apilando tres transformadores monofásicos individuales. Las tres fases de un transformador tipo concha son independientes del transformador tipo núcleo, mientras que cada fase tiene un circuito magnético individual. Estos circuitos magnéticos son paralelos entre sí y el flujo inducido por cada devanado está en fase. Se prefiere el transformador tipo cáscara porque las formas de onda de la tensión están menos distorsionadas.

Transformador de carcasa
Transformador de carcasa

Funcionamiento de los transformadores trifásicos

La figura siguiente muestra el transformador trifásico, en el que los tres núcleos están colocados a 120˚ de distancia entre sí. Esta figura está simplificada para mostrar sólo los devanados primarios y su conexión a la alimentación trifásica. En cuanto se excita la alimentación trifásica, las corrientes IR, IY e IB son transportadas por los devanados primarios e inducen así los flujos ɸR, ɸY y ɸB individualmente en cada núcleo. La pata central transportará la suma de todos los flujos, y la pata central combinará todas las patas de un núcleo.

Por ejemplo, si la suma de las corrientes IR+IY+IB es nula en un sistema trifásico, la suma de los tres flujos también será nula, por lo que la pata central no transportará ningún flujo. Por lo tanto, la eliminación de la pata central no supone ninguna diferencia para otras condiciones del transformador.

Funcionamiento del transformador trifásico
Funcionamiento del transformador trifásico

Conexiones del transformador trifásico

A continuación se describen varias conexiones de transformadores trifásicos.

Configuración del primario

Configuración secundaria

Wye

Wye

Wye

Delta

Delta

Wye

Delta

Delta

Las configuraciones en estrella y en triángulo se aplican a los transformadores trifásicos porque las conexiones en estrella ofrecen la posibilidad de tener varias tensiones, mientras que las configuraciones en triángulo ofrecen una gran fiabilidad. A continuación se muestra el diagrama de fases de la conexión en estrella y en triángulo. En la conexión en estrella, todos los puntos negativos o positivos de los devanados deben estar unidos. Sin embargo, en la conexión en triángulo, las polaridades de los devanados se conectan de forma inversa. La diferencia de fase entre dos fases cualesquiera es de 120˚.

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Devanados de fase
Devanados de fase

Conexión en estrella

A continuación se muestra el diagrama de los transformadores con conexión Y-Y. Puede servir tanto para cargas monofásicas como trifásicas. En esta conexión, todos los devanados que terminan en puntos se conectan a las fases A, B y C, mientras que los que no terminan en puntos se conectan para convertirse en los centros de la configuración en «Y».

Conexión en estrella
Conexión Wye Wye

Conexión Wye-Delta

La conexión Y-Delta que se muestra en la figura siguiente muestra que los devanados secundarios (que están en la parte inferior de la figura) están conectados para formar una cadena. Los devanados con conexión de puntos de un lado se conectan con la conexión sin puntos del otro lado para formar el bucle «Delta».

Conexión en triángulo en estrella
Conexión Delta de Wye

Conexión Delta-Wye

La conexión de Delta-Y se muestra en la figura siguiente. Este tipo de configuración permite que el secundario conectado en estrella conecte varias tensiones, como la de línea a línea o la de neutro. Como la configuración delta-oye presenta un desfase de 30˚ entre el primario y el secundario, no puede utilizarse para conectar en paralelo con las configuraciones delta-triángulo e Y-Y.

Conexión triángulo-oye
Conexión Delta Wye

Conexión Delta-Delta

A continuación se muestra el diagrama de la conexión delta-triángulo. Estas conexiones pueden realizarse con tres transformadores monofásicos idénticos o con un transformador trifásico. Se prefiere la configuración delta-triángulo debido a su fiabilidad inherente.

Conexión en triángulo
Conexión Delta

Ventajas/desventajas de un transformador trifásico

A continuación se exponen las ventajas e inconvenientes de un transformador trifásico.

Ventajas de un transformador trifásico

  • Necesita menos espacio para instalarse y es más fácil de instalar
  • Menos peso y tamaño reducido
  • Mayor eficiencia
  • Bajo coste
  • El coste del transporte es bajo
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Desventajas de un transformador trifásico

  • Toda la unidad se apaga en caso de que se produzca un fallo o una pérdida en cualquiera de las unidades de un transformador, ya que las tres unidades comparten un núcleo común.
  • Los costes de reparación son mayores
  • El coste de las unidades de repuesto es elevado

Preguntas frecuentes

1). Menciona las aplicaciones del transformador trifásico

Los transformadores trifásicos se utilizan en las redes eléctricas, como transformadores de potencia y como transformadores de distribución

2). ¿Cuáles son los tipos de transformadores trifásicos?

Los cuatro tipos de transformadores trifásicos son: Delta-Delta (Dd), Estrella-Estrella (Yy), Estrella-Delta (Yd) y Delta-Estrella (Dy)

3). ¿Qué ocurre si un motor trifásico pierde una fase?

Si un motor trifásico pierde una fase durante su funcionamiento, el motor sigue funcionando a menos velocidad y experimenta vibraciones. Además, la corriente aumenta bruscamente en otras fases, lo que provoca un calentamiento interno de los componentes del motor.

4). ¿En qué condiciones funciona satisfactoriamente el sistema delta/ojo?

La conexión estrella-triángulo funciona satisfactoriamente con grandes cargas desequilibradas y equilibradas. Puede manejar componentes del tercer armónico debido a las corrientes circulantes en el triángulo.

5). Para la conexión Wye-Wye, ¿cuál es el desfase?

El desplazamiento de fase es de 0 grados.

Aunque la mayoría de las industrias prefieren un transformador monofásico, no es adecuado para la distribución de energía a gran escala. Por eso, las grandes industrias utilizan sistemas trifásicos para generar energía a gran escala.

En este artículo, hemos hablado de varias ventajas y algunos inconvenientes que ofrece un transformador trifásico. También nos centramos en el transformador trifásico y en su construcción y diversas configuraciones. He aquí una pregunta para ti, ¿cuál es la función del transformador trifásico?

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