Trasformatore trifase

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Silvio Casimiro Fumagalli
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1 3 Trasformatore trifase Il trasformatore trifase viene realizzato in generale disponendo su di un nucleo apposito tre coppie di bobine, destinate a realizzare gli avvolgimenti e secondario di ciascuna fase. La struttura del nucleo risponde quindi a questa esigenza, rendendo disponibili tre colonne uguali sulle quali collocare le bobine (FIGUR ). La disposizione dell avvolgimento è, per piccole macchine, del tipo a bobine sovrapposte, con l avvolgimento di alta tensione generalmente nella posizione interna (quella più vicina al nucleo), in modo da favorire il raffreddamento dell avvolgimento di bassa tensione, dove circola la corrente più elevata. Quest ultimo inoltre è montato all esterno per ottenere un migliore contatto con il fluido raffreddante (aria o olio minerale). FIGUR Trasformatore trifase con nucleo a colonne. Per macchine ad alta tensione si preferisce la soluzione opposta (l avvolgimento a minor tensione viene quindi a trovarsi più vicino al nucleo), per ridurre i problemi di isolamento verso massa. La FIGUR riporta due esempi di configurazione dei lamierini per nuclei trifase. nucleo a tre colonne giogo superiore finestra nucleo a cinque colonne (corazzato) centrale laterale giogo inferiore FIGUR Esempio di nuclei per trasformatori trifase. Il primo caso di FIGUR è quello più comunemente usato per macchine di piccola e media potenza, generalmente con raffreddamento in aria libera o forzata; lo si preferisce soprattutto per motivi di economicità, anche se presenta due difetti principali. ) I flussi dispersi (e quindi le relative reattanze di dispersione), pur modesti, sono presenti nelle colonne laterali dove il nucleo non li può raccogliere convenientemente. ) Le correnti di magnetizzazione non sono uguali per le colonne laterali di Stefano Mirandola - Zanichelli Editore Sp, ologna [66]

2 rispetto a quella centrale, con l effetto di una dissimmetria dei flussi attivi e delle correnti a vuoto. Il secondo caso di FIGUR riduce questi problemi, a fronte di un maggiore ingombro e di un costo sensibilmente superiore; trova applicazione solo in quei casi in cui un piccolo guadagno di rendimento si misura in elevati guadagni in termini di energia non perduta ma fornita all utenza. In pratica si usano solo nelle centrali di distribuzione e trasformazione con potenze superiori a MV. Le colonne laterali e i gioghi hanno una larghezza minore di quelle centrali, dove si ha la composizione dei flussi di due colonne contigue, e questo consente un certo risparmio di materiale e una riduzione dell ingombro verticale della macchina. ome osservato in precedenza, le bobine si realizzano prevalentemente ad avvolgimenti sovrapposti, secondo il modello di FIGUR 3, oppure, per macchine di grande potenza, ad avvolgimenti alternati. Questa soluzione si ottiene suddividendo ogni avvolgimento in bobine di dimensione ridotta e impilando queste ultime nella, secondo lo schema di FIGUR 4. avvolgimento interno strato isolante FIGUR 3 obina ad avvolgimenti sovrapposti. avvolgimento esterno rocchetto di supporto FIGUR 4 vvolgimento a bobine alternate avvolgimento alta tensione avvolgimento bassa tensione rocchetto di supporto 3. ollegamenti delle fasi La principale differenza tra il trifase e il monofase è ovviamente il fatto che nella macchina trifase occorre effettuare il collegamento delle fasi primarie e secondarie secondo i modelli noti dall elettrotecnica per i circuiti trifase. Indicheremo con: il numero delle spire di ogni bobina dell avvolgimento ; il numero delle spire di ogni bobina dell avvolgimento secondario; di Stefano Mirandola - Zanichelli Editore Sp, ologna [66]

3 Y la tipologia di collegamento delle fasi a stella; D (oppure Δ) la tipologia di collegamento delle fasi a triangolo. seconda del tipo di collegamento possiamo avere varie combinazioni relative al rapporto di trasformazione, inteso come rapporto tra la tensione di linea in entrata e quella di linea in uscita: k V V = (7.43) ollegamento stella-stella (Y/y ) (FIGUR ) E E E ' ' ' ' α = ' secondario ' ' ' E ' ' ' ' FIGUR ollegamento stella-stella. In questo primo caso si vede che il rapporto tra le tensioni di uscita V può essere calcolato attraverso i valori delle E che si producono nelle bobine per effetto del flusso Φ M : V = E 3 Ma dato che: V = E' 3 E = 4,44 f Φ Μ E = 4,44 f Φ Μ il rapporto di trasformazione diventa allora: k = (7.44) ei trasformatori trifase esiste un altro parametro molto importante di cui occorre tenere conto, l indice di gruppo. Il gruppo del TRS si definisce come il rapporto tra l angolo di sfasamento della tensione primaria e la corrispondente tensione secondaria diviso per : I g α = (7.4) di Stefano Mirandola - Zanichelli Editore Sp, ologna [66] 3

4 el caso di collegamento stella-stella, lo sfasamento tra le V è nullo per cui questo collegamento è di gruppo zero: = Per cui, come indicato inizialmente, questo collegamento è denominato Y/y (stella-stella gruppo zero). ollegamento stella-stella contro avvolta (Y/y 6) (FIGUR 6) ' FIGUR 6 ollegamento stella-stella contro avvolta. E α = 8 E E ' ' ' ' secondario ' E ' ' ' ' ' E3 ' L unica differenza rispetto al caso precedente riguarda il gruppo: l angolo tra le tensioni V è ora di 8, essendo le tensioni in direzione opposta, come si vede dalla FIGUR 6; per cui: 8 = 6 Mentre il rapporto di trasformazione rimane quello del caso precedente: k = ollegamento stella-triangolo (Y/d ) (FIGUR 7) ' FIGUR 7 ollegamento stella-triangolo. E E ' E ' α = ' ' ' ' ' ' V E ' ' di Stefano Mirandola - Zanichelli Editore Sp, ologna [66] 4

5 Per calcolare il rapporto di trasformazione occorre tener conto del fatto che le tensioni V si ottengono dalle corrispondenti E (indotte nelle bobine), per cui la tensione al è V = E 3, mentre ai morsetti del secondario figura direttamente la tensione E indotta sulle bobine secondarie, con la quale si costruisce il triangolo delle tensioni di uscita. Il rapporto di trasformazione tra le omologhe tensioni sarà allora: k = 3 ( 4,44 f ΦM ) = 3 4,44 f Φ M L angolo di sfasamento tra primaria e secondaria sarà allora, come si vede dal diagramma, di, a cui corrisponde il seguente indice di gruppo: = Procedendo in modo analogo è possibile individuare sia i rapporti di trasformazione corrispondenti a ciascuna coppia di collegamenti realizzabili sia il relativo gruppo di appartenenza. La TELL contiene i rapporti di trasformazione caratteristici e i relativi gruppi di appartenenza per le configurazioni più importanti e di più frequente impiego. Esiste peraltro un ulteriore collegamento, denominato a «zig-zag», di notevole interesse soprattutto nell ambito dei grandi trasformatori di distribuzione per impianti di produzione dell energia. Vedremo in seguito che è possibile collegare in parallelo trasformatori trifase solo se appartenenti allo stesso gruppo, onde evitare sfasamenti tra le tensioni secondarie destinate all alimentazione dei carichi. Tipo di collegamento stella-stella (Yy ) stella-stella contro avvolta (Yy 6) triangolo-triangolo (Dd ) triangolo-triangolo contro avvolto (Dd 6) triangolo-stella (Dy ) triangolo-stella contro avvolta (Dy ) stella-triangolo (Yd ) stella-triangolo contro avvolto (Yd ) Rapporto di trasformazione Gruppo di appartenenza 6 6 TELL Rapporti di trasformazione e gruppi per trasformatori trifase. di Stefano Mirandola - Zanichelli Editore Sp, ologna [66]

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