I. RESUMEN

Los transformadores trifásicos son de diversos

tipos, pudiendo ser formados desde 3

transformadores monofásicos, o con la construcción

de uno solo trifásico.

Cuando se tienen un transformador trifásico se

pueden tener una gran variedad de formas de

construcción y de disposición del núcleo, ajustándose

cada una a las diferentes necesidades de los usuarios

y muchos de los cuales ya se ha dejado de fabricar.

II. INTRODUCCIÓN

La utilización de los transformadores trifásicos es

muy variada, sobre todo en lo que hace referencia a

las redes de distribución eléctrica.

Para su utilización en la industria se debe tener en

cuenta varios factores muy importantes en lo que

concierne a la forma de su construcción, puesto que

se pueden tener una gran variedad de núcleos, los

cuales nos brindar diferentes beneficios, pero al

mismo tiempo cada uno presenta ciertas

imperfecciones.

Las diferentes formas en las que se puede conectar

los transformadores presentan propiedades

individuales variantes en función del tipo de núcleo

usado o dependientes en sí de las características

propias de cada conexión. Aspectos importantes a

estudiar constituyen los terceros armónicos de

corriente, las tensiones simples y compuestas.

III. TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

En la construcción de los transformadores trifásicos

pueden existir muchas formas de conectar los núcleos

y por ende los devanados del primario y secundario.

Puede estar constituido de 2 formas:

1.- Por 3 transformadores monofásicos

independientes.

2.- Un único transformador trifásico

Este último toma las siguientes configuraciones:

- De Columnas:

a) Con las culatas en estrella

b) con las culatas en triángulo continuo

c) Con las culatas en triángulo Bifurcado

d) De dobles columnas

- Acorazado:

a) Con los núcleos en estrella

b) De eje común

c) Mixto o de cinco columnas

Transformadores Monofásicos Independientes

Son transformadores con sus circuitos magnéticos

independientes; es decir no hay interferencia entre sus

flujos, cada transformador toma energía de la red y

sus secundarios alimentan al sistema trifásico.

Estos transformadores llevan al menos 2 bornes de

alta y dos de baja y su montaje se realiza en cajas

individuales, las perdidas en el hierro a vacio son

bastante elevadas puesto que se necesita una gran

cantidad de hierro para la construcción de los 3

núcleos.

Al usar un banco de transformadores se puede

tener varias alternativas de conexión ya sea triangulo

en el primario y estrella en el secundario o viceversa,

de esta forma la relación de voltajes no solo depende

Patricio Javier Guaraca

Pato3118@hotmail.com

Pablo Javier Zumba

Pabloxx_91@hotmail.es

Andrés Esteban Guzhñay

andi_esteban08@hotmail.com

Universidad Politécnica Salesiana

Ingeniería Electrónica

Transformadores Trifásicos

del número de vueltas de los devanados sino también

de la manera en la que estén conectados.

Los transformadores monofásicos pueden ser ya

sea de columnas o acorazados, a más de una variante

no muy utilizada que posee una chapa dispuesta en

forma radial.

Figura [1], transformador de chapas radiales

Si entre las secciones existe un aislamiento y una

conexión en paralelo, se puede duplicar la tensión en

baja poniendo a las bobinas en serie.

Puede funcionar a tensiones mucho más reducidas,

sin tener la necesidad de modificar el devanado, sin

embargo esto producirá una corriente de

magnetización mucho mayor, se reducirán las

perdidas en el hierro, tendrá un menor rendimiento y

no habrá calentamiento considerable.

En las condiciones normales para poder elevar la

capacidad de los transformadores es necesario

solamente la implementación de una correcta

refrigeración, ya sea colocándolo en un baño de aceite

o con una ventilación forzada utilizando aire o en su

defecto agua.

Transformador Único

Su funcionamiento se basa en el análisis de los 3

transformadores monofásicos fusionándoles para de

esta forma aprovechar de mejor manera sus flujos y

reducir su tamaño.

Transformador de columnas con las culatas en

estrella

Las culatas de los núcleos tienen una conexión

magnética en estrella, suprimiendo la columna central

puesto que el flujo (φ) que pasa por esa columna se

anula ya que corresponde a la suma de los demás

flujos sinusoidales, iguales y desfasados 120°.

Figura [2], flujos desfasados 120°

Luego de tener esta nueva configuración se acorta

la culata 2 para tener una configuración plana de los

núcleos que es bastante sencilla, resultando a su vez

más económica.

Figura [3], nueva disposicion de las columnas

Como en la mayoría de los transformadores

trifásicos se pueden conectar internamente entre los

arrollamientos ya sea en estrella, triangulo o sus

respectivas combinaciones.

Reduciéndose de esta manera el numero de bornes,

ya solo serán necesarios tres primarios y tres

secundarios, de igual manera se usa menos aceite

puesto que el tamaño del transformador ya se reduce.

Figura [4], disposición final del núcleo

Transformadores de columnas con las culatas en

triángulo Continuo

Se basa en 3 transformadores monofásicos pero

conectados en triángulo.

Figura [4], Transformador Trifásico en columnas

Esta configuración hace que la relación entre el

flujo de una columna Фn y el de una de las culatas Фy

sea la misma que la que existe entre las corrientes de

línea y las de fase.

n

yn 3 ec[1]

3

y ec[2]

A pesar de la reducción de volumen de hierro, el

montaje de este tipo de transformador es bastante

complicado, debido a que tiene una forma anular con

sus núcleos con chapas radiales; resultando así muy

difícil dar continuidad al circuito magnético.

Razón por la cual su uso se ha ido abandonando,

hasta que en la actualidad ya no se ven

transformadores de esta naturaleza.

Transformador de columnas con las culatas en

triángulo bifurcado

Para mejorar las condiciones de construcción con

relación al triángulo continuo este tipo de

transformadores dividen en 2 cada columna por lo que

el flujo no se distribuye en muy buenas condiciones

por las ramas, obligándole a seguir un camino a pesar

de esto el flujo es el mismo en las ramas.

3

y ec[3]

Para que la sección sea la apropiada para la

cantidad de flujo, se debe aumentar la cantidad de

hierro aproximadamente un 15% más de sección.

Este tipo requiere más material que el de triángulo

continuo y su construcción es relativamente más

sencilla, sin embargo no se usa, debido a que al

compararlo con el de columnas ordinario este último

sigue ofreciendo mayores ventajas.

Figura [5], Culatas en triangulo Bifurcado

Trifásico de doble columna

Son 3 transformadores monofásicos colocados en

hilera, apoyados entre sí por sus culatas; invirtiendo

cada 2 transformadores los devanados, para que los

flujos se sumen, los mismos que se desfasan 120º.

yn ec[4]

Todas las secciones tienen la misma inducción

Se economiza material, a pesar de lo cual no es muy

usada.

Figura [6], Transformador Trifásico de dobles columnas

Transformador Acorazado con Núcleo en estrella

Consiste en colocar cada una de las columnas de

los transformadores monofásicos de tal manera que

sus núcleos estén conectados en estrella.

Las culatas exteriores sin embargo quedan

conectadas en triangulo y el flujo que circula por ellas

es:

3

y

ec[5]

Su construcción es muy complicada puesto que se

dificulta bobinar por el espacio que se tiene para cada

bobina.

Figura [7], Acorazado con núcleo en estrella

Transformador Acorazado de eje común

Tiene tres núcleos colocados en un mismo eje y el

central esta devanado en sentido contrario a los

demás, lo que hace que los flujos se sumen en cada

dos culatas que se unan. Su uso es relativamente

frecuente.

Figura [8], Acorazado de eje común

Transformadores Mixtos o de 5 columnas

Debido a que en los transformadores de columnas

plano para reducir las pérdidas en el hierro se debe

aumentar de forma considerable la sección de las

culatas, llegando a tener dichos transformadores

alturas muy grandes.

Para contrarrestar este inconveniente se ha optado

por reducir la sección de las culatas y en su lugar

colocar dos columnas auxiliares exteriores a los

devanados.

Transformador trifásico aéreo

Son colocados en los postes para la distribución de

energía eléctrica, usan como aislante por lo general

aceite mineral mas sin embargo en ocasiones se usa

refrigerante incombustible de silicona para obtener

mayor seguridad.

Figura [9], Transformador Trifásico Aéreo

Transformador auto protegido

En este tipo de transformadores emplea un

cortocircuito de 3 polos que permita la protección del

transformador puesto que ante cualquier sobrecarga o

falla en cualquiera de las fases los polos se abren.

Figura [10], Transformador autoprotegido

Relación entre los elementos de una

transformación trifásica.

En el momento en el que se colocan los

transformadores en paralelo, se deben tener en cuenta

ciertos aspectos sumamente importantes como son:

a.- Polaridad propia de un devanado

Nos indica la relación de signos entre el flujo y las

magnitudes eléctricas, la corriente que circula por uno

de sus devanados puede ser de sentido variable y se

puede tomar cualquiera de los 2 sentidos como

positivo.

Si la corriente circula en el sentido convenido es

positiva y la f.e.m. tiende a producir una corriente

positiva, con esta convención de signos ya no se tiene

una polaridad arbitraria, sino que esta viene dada por

la regla de Maxwell: “El flujo será positivo cuando

avance por el núcleo como se desplazaría un tornillo

de rosca normal cuya cabeza girase en el sentido

positivo de la corriente”.

Figura [11], Relación entre los sentidos positivos del

flujo y la corriente

b.- Polaridad Relativa de los terminales

primarios y Secundarios de una misma fase.

Si dos arrollamientos de una misma fase comparten

un mismo flujo, cada uno de los cuales posee su

propia polaridad con respecto al flujo común, uno vez

que se establece la polaridad de cualquiera de ellos la

otra queda definida automáticamente.

La polaridad pues de dos devanados, un primario y

otro secundario de una fase son de la misma polaridad

cuando se encuentran igualmente situados respecto al

sentido positivo en uno u otro devanado

respectivamente.

Figura [12], Relación de polaridad entre los devanados

primario y secundario de una misma fase.

c.- Desfases del Sistema

Dentro de los transformadores trifásicos se pueden

dar desfases entre las corrientes que circulan por sus

devanados, estableciendo en si a uno de ellos como

positivo, determinándose de esta manera el signo del

flujo para ese determinado circuito magnético; el

próximo devanado se debe colocar a 180° que es el

desfase de la corriente que circula sobre él con

respecto al devanado tomado como positivo.

Observando en la figura [13], si dos bobinas se

conectaran a las fases 1 y 2 del sistema trifásico

mostrado, la corriente de la segunda estaría retrasada

120° con relación a la primera o en su defecto

adelantada según el sentido que se tome como

positivo de la misma.

Figura [13], Desfases de un sistema Trifásico

d.- Relación de fases entre el sistema Primario y

Secundario

Nos brinda la posibilidad de interconectar de

distinto modo los devanados primarios de un lado y

los secundarios de otro e inclusive cada grupo de ellos

entre sí.

Lo cual nos conduce a tener una oposición de fases

entre uno y otro sistema, entre los vectores de su

fuerza electromotriz desfasados (180°).

Figura [14], oposición de fases entre sistemas de

conexión

Pero también puede existir una un desfase nulo

cuando la conexión es similar en los dos sistemas, y

las fases de la f.e.m. son las mismas

Figura [15], desfase nulo

e.- Sentido de rotación

El sentido de rotación de las fases esta dado por la

forma de conexión de los devanados a la red primaria

de alimentación; puesto que un transformador

trifásico no posee un sentido propio de las fases.

Figura [16], efecto de invertir del sentido de giro de las

fases.

Sin embargo al cambiar el sentido de rotación se

altera también el desfase de la f.e.m. del secundario

con respecto a la del primario.

IV. CONEXIONES DE TRANSFORMADORES

TRIFÁSICOS

Las formas en los que los transformadores trifásicos

pueden ser conectados son las siguientes:

a) Conexión Abierta

b) Conexión Triángulo

c) Conexión Estrella

d) Conexión Zig-Zag

Las conexiones de tipo abierto son aplicadas

únicamente en al caso de que presenten

transformadores suplementarios o adicionales. La

conexión estrella y triangulo las que se emplean en

gran magnitud en la implementación de

transformadores mientras que la conexión Zig-Zag es

únicamente utilizada en aplicaciones de baja tensión.

Si en una carga secundaria puede existir desequilibrio

como es el caso de las redes de distribución es

necesario que los devanados primarios y secundarios

sean acoplados en distintos tipos de conexiones, en el

caso antes mencionado se empleará un acoplamiento

triángulo estrella o estrella zigzag

.

Conexiones triángulo –triángulo.- En esta conexión

cada devanado debe soportar la tensión de línea.

Disminuye la tensión por fase del transformador

produce inconveniente cuando las cargas entre fases y

el neutro no son equilibradas.

Figura [17], Conexión D/d

Debido a la carencia de neutro no permite la

protección de puesta tierra ni la alimentación de redes

mixtas de luz y fuerza a cuatro hilos, lo antes descrito

limita su campo de aplicación.

Si se interrumpe el funcionamiento de un devanado

(Fig 18) puede seguir alimentándose la red trifásica a

potencia reducida, con una tensión compuesta V e

intensidad de línea J igual a la de una fase. Teniendo

en consideración a I como la corriente de fase y a

la capacidad secundaria en trifásico, la capacidad

en trifásico, se reduce en la proporción:

ec[5]

Los resultados antes expuestos nos conllevan a decir

que aún si el consumo es disminuido en un 58% de la

capacidad nominal el servicio está asegurado.

Figura [18], Funcionamiento D/d

Formas de Conexiones posibles

Teóricamente son posibles cuatro tipos de

conexiones, se encuentran regidas bajo dos

condiciones:

1. Los terminales de línea primario y secundario

pueden ser homólogos o de distinta polaridad

2. La sucesión de estos terminales en el circuito

interno puede ser la misma para ambos sistemas o

inversa.

La primera condición no posee sentido práctico ya

que estando enlazada la salida de un devanado con la

entrada de otro hay siempre dos terminales de distinta

polaridad conectados y solo con cambiar la

designación de la fase a la que se supone pertenece el

terminal común para transformarlo de positivo a

negativo o viceversa. A continuación damos a

conocer las posibles conexiones:

Figura [19], Desfasamientos en un sistema

D/d

Si analizamos detenidamente llegamos a la conclusión

la que a y b son idénticos al igual que c y d, dándo

como resultado únicamente dos conexiones posibles:

a en donde no se presenta desfase entre el primario y

el secundario y d donde existe un desfase de 180. En

el sistema de conexión CEI estas son conocidas como

D0 y D6.

Las relaciones de transformación son las siguientes.

VFP / VFS = m ec[6]

VLP = VFP ec[7]

VLS = VFS ec[8]

VLP / VLS = VFP / VFS = m ec[9]

Aplicación

Debido a las desventajas antes mencionadas su campo

de empleo de reduce a aplicaciones que requieran

potencias pequeñas con intensidades de elevadas y

tensiones bajas.

Conexión Estrella – Estrella.- Esta conexión es

preferida para sistemas que requieren altas tensiones.

Permite obtener un neutro para la alimentación de las

redes de baja tensión en servicios de luz y fuerza.

Facilita la adhesión de protección mediante la puesta a

tierra del lado de alta tensión.

Figura [20], Conexión Y/y

Si se da el caso en el que se desconecta una de las

fases, el funcionamiento del sistema trifásico queda

deshabilitado, resultando uno monofásico. Si U es la

tensión sencilla, V la compuesta, I la corriente, la

capacidad secundaria en trifásico y en

monofásico, la desconexión de uno de los devanados

reduce la capacidad como se muestra a continuación:

El resultado obtenido hace imposible su

funcionamiento trifásico.

Este tipo de conexión produce dos clases de

desfasamientos:

1. Neutros primario y secundario en terminales

homólogos.

2. Neutros primarios y secundarios en terminales

en distinta polaridad.

Con la primera condición los diagramas vectoriales de

ambos sistemas están en fase y con la segunda en

oposición, dando como resultado las siguientes

variantes de conexión: la primera donde no existe un

desfamiento(Yy0) y la segunda con un desfasamiento

de 180 grados(Yy6). Fig 21

Figura [21], Desfasamientos en un sistema

Y/y

Las relaciones d transformación de la presente

conexión son:

VFP / VFS = m ec[10]

VLP / VLS = (3 * VFP) / (3 * VFS) = m ec[11]

Aplicación

Su campo de aplicación es en el que se requiere

transmitir medianas potencias a elevadas tensiones,

conectadas a tierra un solo punto de la red de alta y

para alimentar pequeñas instalaciones con neutro

secundario no muy cargado.

Conexión estrella triangulo.- Esta conexión presenta

conectado a los devanados primarios en estrella y a

los del secundario en triángulo, dando como resultado

tensiones más adecuadas en los devanados. Si se

produce alguna alteración en alguna de las fases el

funcionamiento de todo el sistema colapsa. El tercer

armónico de corriente magnetizante circula sin

dificultad por los devanados secundarios sin generarse

sobretensiones por defectos de excitación.

La falta de neutro en el secundario no permite la

conexión a tierra del mismo ni la alimentación de

circuitos que empleen cuatro hilos.

El desequilibrio en la carga secundaria es distribuido

en las mismas proporciones en cada una las fases.

La conexión más empleada es la Yd0, aunque también

está presente Yd11. Sin importar la forma de

conexión de los devanados entre sí siempre se puede

obtener un desfasamiento de 30 grados entre las

fuerzas electromotrices del primario y secundario. Fig

22

Figura [22], Desfasamientos en un sistema

Y/d

Las relaciones de transformación son:

VFP / VFS = m ec[12]

VLP / VLS = (3 * VFP) / VFS ec[13]

VLP / VLS = (3 * m) ec[14]

Aplicación

Es la conexión más apropiada para la reducción de

voltajes en los transportes y distribución de energía

que no precisan neutro secundario. Es empleada en

transformadores reductores de centrales y estaciones

transformadoras.

Conexión triangulo – estrella.- Esta es la

transformación elevadora por excelencia. El fallo en

uno de los devanados deshabilita todo el

funcionamiento de todo el sistema.

Figura [23], Conexión D/y

El desequilibro de cargas secundarias es neutralizado

magnéticamente en las tres fases sin crear una

sobreexcitación por la circulación de corriente.

La red secundaria recibe protección gracias a la

puesta a tierra del neutro.

En el triangulo primario se establece el tercer

armónico de corriente magnetizante, evitando el

tercer armónico de tensión interna, sin afectar a la red

secundaria.

Como podemos observar en la figura x las conexiones

posibles son:

- Desfase de 30 grados(Yd1)

- Desfase de 150 grados (Yd5)

- Desfase de -30 grados (Yd11)

- Desfase de -150 grados (Yd7)

De los grupos de conexión antes mencionada los más

empleados son Yd5 y Td11.

Las relaciones de transformación son:

VFP / VFS = m ec[15]

VLP / VLS = VFP / (3 * VFS) ec[16]

VLP / VLS = m /3 ec[17]

Aplicación

Su principal aplicación es la de elevadora para las

líneas de transporte.

Conexión estrella – zigzag.- La presente conexión

genera que la corriente que circula por cada

conductor activo del secundario afecte de manera

simultánea a dos fases primarias por las que han de

pasar corrientes que se compensarán mutuamente con

las del secundario. Esto se llevará a cabo dividiendo

los devanados secundarios en dos mitades,

conectándose en serie mitades de dos fases

consecutivas, uniéndolas por los terminales

homólogos. Fig 24.

Figura [24], Conexión Y/z

Como se puede observar en la figura 39 la fuerza

electromotriz entre el neutro n y el terminal a se

componen de la suma no aritmética de y , como

resultado se obtiene un aumento de espiras en los

devanados igual a 1.155. Un desequilibrio en las

cargas no produce mayor variación en las tensiones

que las generadas internamente.

Los terceros armónicos de corriente no se encuentran

presentes en esta conexión.

El devanado secundario ofrece cuatro posibilidades

distintas de conexión, dos de ellas se generan en el

neutro y otras dos en el que se relacionan con el orden

sucesivo de interconexión secundaria entre las dos

mitades de cada fase, dado como resultado las

siguientes conexiones:

- Desfase de 30 (Yz1)

- Desfase de 150(Yz5)

- Desfase de -30(Yz11)

- Desfase de -150(Yz7)

Las conexiones de mayor aplicación son Yz5 y Yz11.

En esta conexión se consideran las siguientes

relaciones de transformación:

VFP / VFS = m ec[18]

VLP / VLS = 3 VFP / (3 3 VFS/2) ec[19]

VLP / VLS = 2 m /3 ec[20]

Aplicación

El campo de aplicación de estas conexiones se

reduce en transformadores reductores de distribución

con una potencia de 400KVA.

V. CONCLUSIONES

Los transformadores trifásicos son maquinas

eléctricas de gran utilidad dentro de la industria, así

como también en la distribución de energía.

Su clasificación se basa esencialmente en la utilidad

que se le dé a los mismos, teniendo de esta manera

una amplia gama de transformadores a disposición de

los usuarios los cuales deberán tener en cuenta varios

factores a la hora de su elección.

Lo que más se tiene presente al momento de la

adquisición de uno de estos transformadores es sin

duda el factor económico, así como también su

rendimiento.

De las formas más sencillas del transformador

trifásico sin duda la mas económica es el que esté

constituido por un solo transformador pues además

resulta mucho más pequeño y liviano; sin embargo al

trabajar con un banco de transformadores se puede

tener la opción, de que uno de ellos puede usarse

como reemplazo del otro.

La designación del tipo de conexión a realizarse en

una instalación se la debe realizar basa en el estudio

del la magnitud de las tensiones a manejarse, ya que

este es un factor variante en cada en cada una de las

conexiones presentadas en el presente ensayo y cada

una conlleva una eficiencia diferente dependiendo de

la aplicación.

VI. BIBLIOGRAFÍA Y PÁGINAS WEB

Teoría, cálculo y construcción de

transformadores, Juan Corrales Martín, 5ta

edición, Editorial Labor, SA. Barcelona

Máquinas Eléctrica, Stephen J Chapman, 4ta

Edición, Mcgraw Hill Interamericana

Editores, SA De CV.

http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

http://www.unicrom.com/tut_adaptacion-

impedancia-transformador.asp

http://www.monografias.com/trabajos36/maq

uinas-electricas/maquinas-electricas.shtml

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