Un transformador trifásico consta de tres transformadores, separados o combinados, sobre un núcleo. Los primarios y secundarios de todo transformador trifásico pueden ser
conectados independientemente en ye (Y) o en delta (∆). Esto da un total de cuatro
conexiones posibles para un banco trifásico: 1. Ye-Ye (Y-Y)
2. Ye — Delta (Y — ∆)
3. Delta — Ye (∆— Y)
4. Delta — Delta (∆— ∆)
Estas conexiones se muestran en la figura 2-3 8.
La clave para analizar un banco trifásico es mirar cada transformador del banco. Cada transformador monofásico del banco se comporta exactamente como los transformadores monofásicos ya estudiados. La impedancia, regulación de voltaje, eficiencia y demás cálculos similares para los transformadores trifásicos se hacen sobre una base por fase, utilizando las mismas técnicas ya desarrolladas para los transformadores monofásicos. Las ventajas y desventajas de cada tipo de conexión de los transformadores trifásicos se analizan más adelante.
CONEXIÓN YE — YE. La conexión Y — Y de transformadores trifásicos se muestra en la
figura 2-38a. En esta conexión el voltaje primario de cada fase del transformador está
dado por ∅S TS/√3.El voltaje de fase primario está relacionado con el voltaje de fase
secundario por la proporción de vueltas del transformador. El voltaje de fase en el
secundario está relacionado con el voltaje de línea en el secundario por T √3∅ .
La conexión Y — Y tiene dos problemas graves:
1. Si las cargas del circuito del transformador están desbalanceadas, los voltajes de las fases del transformador pueden llegar a desbalancearse severamente.
Si un transformador Y-Y se aplica un sistema trifesico, los voltajes en cualquier fase estarán separados 120° de los de las demás fases. S in embargo, las componentes de tercera armónica de cada una de las tres fases estarán en fase entre sí puesto que hay tres ciclos en la tercera armónica por cada ciclo de la frecuencia fundamental. Siempre hay algunas componentes de tercera armónica en el transformador debido a la no linealidad del núcleo, y estas componentes se adicionan. El resultado es una componente de voltaje de tercera armónica muy grande por encima del voltaje fundamental de 50 ó 60 Hz. Este voltaje de tercera armónica puede ser mayor que el voltaje fundamental mismo.
Ambos problemas, el desbalance de voltajes y el de las armónicas se pueden solucionar utilizando una de las dos técnicas siguientes.
1. Poniendo sólidamente a tierra los neutros de los transformadores, en especial el neutro de los devanados primarios. Esta conexión permite que las componentes aditivas de tercer armónico provoquen un flujo de corriente a través del neutro en lugar de ocasionar sobre voltajes. El neutro provee también un camino de retorno para los desbalances de corriente en la carga.
2. Adicionar un tercer devanado (terciario), conectado en ∆, al banco de
transformadores. Si se adiciona un tercer devanado conectado en X, las
componentes de tercer armónico del voltaje se sumarán en la ∆ causando una
corriente circulante dentro de este devanado. Esto suprime las componentes de tercer armónico del voltaje, de la misma forma que poniendo a tierra los neutros de los transformadores.
Los terminales del devanado terciario conectado en ∆ necesitan sacarse de la caja del
transformador, pero se utilizan frecuentemente para alimentar luminarias y como potencia auxiliar en las subestaciones en la cuales se localizan. El devanado terciario ser suficientemente grande para polar las corrientes circulantes; por esta razón fabrican, en la mayoría de los casos, de un tercio de la potencia nominal de los devanados principales. Una de estas dos técnicas correctivas debe utilizarse cada vez que se instale un transformador Y — Y. En la práctica se utilizan muy poco los transformadores Y — Y puesto que alguno d los otros tipos de conexión de transformadores trifásicos puede realizar las mismas labores.
CONEXIÓN YE — DELTA. La conexión Y - ∆ de transformadores trifásicos se muestra n
la figura 2-38b. En esta conexión, el voltaje primario de línea está relacionado con el
voltaje primario de fase por TS √3∅S mientras que el voltaje secundario de línea es
igual al voltaje secundario de línea es igual al voltaje secundario de fase T ∅ . La relación de voltajes de cada fase es .
B∅
B∅ R
De modo que la relación total entre el voltaje e línea en el lado primario del banco y el volta e de línea en el lado secundario es
B B √ YB∅ B∅ B B √YR 2 4 ∆
La conexión Y — ∆ no tiene problemas por componentes de tercera armónica en sus
voltajes ya que ellas son consumidas en una corriente circulante en el devanado ∆. Esta
conexión es también más estable cuando hay cargas desbalanceadas puesto que la ∆
redistribuye parcialmente cualquier desbalance que ocurra.
Este arreglo tiene sin embargo un problema. Debido a la conexión, el voltaje secundan está desfasado 30° con relación al voltaje primario del transformador. El hecho de que ocurra un desfasaje puede causar problemas en la puesta en paralelo de los secundarios de dos bancos de transformadores. Los ángulos de fase de los secundarios de los transformadores deben ser iguales si van a ser puestos en paralelo, lo cual, significa que se debe poner atención a la dirección en que ocurre el desfasaje de 30° en cada banco de transformadores que va a ser puesto en paralelo.
En Estados Unidos, es costumbre hacer que el voltaje secundario atrase al primario en 30°. Aunque ésta es la norma, no siempre ha sido ob servada y las instalaciones más viejas deben ser revisadas con cuidado antes de poner en paralelo un nuevo transformador con aquella para asegurarse de que sus ángulos de fase concuerden.
La conexión mostrada en la figura 2-38b causará un desfasaje en atraso del voltaje secundario, si la secuencia de fases del sistema es abc. Si la secuencia de fases del sistema es acb. Entonces la conexión mostrada en la figura 2-38b causará que el voltaje secundario adelante al primario en 30°.
CONEXIÓN DELTA — YE. Una conexión ∆—Y de transformadores trifásicos se muestra
en la figura 2-38c. En esta conexión, el voltaje primario de línea es igual al voltaje primario
de fase TS ∅S mientras que los voltajes secundarios están relacionados por T
√3∅ . La relación de voltajes línea-a-línea en esta conexión es
B B √ YB∅ B∅ B B √ Y R 2 4 ∆
Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desfasaje que en el caso del
transformador Y — ∆. La conexión mostrada en la figura 2-38c ocasiona que el voltaje
secundario atrase el voltaje primario en 30°, como antes.
CONEXIÓN DELTA—DELTA. La conexión ∆—∆ se muestra en la figura 2-38d. En esta
conexión, TS ∅S F T ∅ por lo cual la relación entre los voltajes de línea primario
y secundario es
B
B
B∅
B∅ R [ 4 [
Este transformador no presenta desfasaje asociado a él ni problemas por las cargas desbalanceadas o las armónicas.