Trasformatore Trifase

Normalmente l'energia elettrica viene prodotta e trasferita utilizzando sistemi trifase, durante questo processo di distribuzione si ha la necessità di far variare i livelli di tensione fra le varie reti.
Il trasformatore trifase è l'elemento usato per questo scopo.
In teoria, per queste operazioni, si potrebbero usare tre trasformatori monofase, ma il trasformatore trifase si caratterizza per un rendimento superiore e per un peso inferiore. In figura è mostrato tale collegamento secondo la configurazione stella-stella (Y-Y).
In pratica si preferisce raggruppare i tre trasformatori, secondo un unica colonna centrale che può poi essere eliminata, essendo percorsa da un flusso magnetico nullo.

Questo dispositivo risulta più conveniente, esso pesa di meno e richiede meno lamierini in ferro. Vengono dunque, ridotte le perdite nel ferro, diminuisce inoltre, la riluttanza del circuito magnetico dato il percorso delle linee di induzione del flusso si abbrevia.

Configurazioni fondamentali per i trasformatori trifase

Configurazione Y-Y stella-stella

K₀=Rapporto di trasformazione a vuoto
m=rapporto fra le spire

Configurazione Δ-Δ triangolo-triangolo

Configurazione Δ-Y triangolo-stella

;

Configurazione Y-Δ stella-triangolo

Circuito equivalente del trasformatore trifase

Prova a vuoto

Si usano due wattmetri, tre amperometri e due voltmetri secondo lo schema di inserzione Aron, ponendo V₁=V_1n e ricavando una V₂=V₂₀.

Leggendo i voltmetri si ricava il rapporto di trasformazione a vuoto:

K₀=m se il collegamento è stella-stella o triangolo-triangolo.

Se il collegamento è Y-Δ stella-triangolo si ha:

Se il collegamento è Δ-Y triangolo-stella si ha:

La corrente a vuoto è la media delle tre correnti :

Per la proprietà di inserzione di Aron la potenza a vuoto vale:

o anche con

ma essendo nei sistemi trifase

da cui

Prova in corto circuito

Si usano tre voltmetri, tre amperometri e due wattmetri con lo schema di inserzione Aron. Si alimenta il primario con una opportuna tensione V_1CC tale da far circolare al secondario la I_2n. Se i tre amperometri non indicano la stessa I_2n, essa deve essere valutata come media aritmetica delle tre correnti :

Se conosciamo il coefficiente di trasformazione a vuoto K₀, è possibile scrivere:

Nel trasformatore monofase è caso specifico del trasformatore trifase:

o anche

Poi ricordandoci che per i sistemi trifase vale :

Variazione di tensione da vuoto a carico

Per i trasformatori trifase è pari alla differenza tra i valori assunti dalla tensione concatenata a vuoto V₂₀ e quella (sempre concatenata) sotto carico V₂.

Per ciascuna fase la c.d.t. è calcolata come nel trasformatore monofase, la c.d.t. concatenata si ricava moltiplicando per la radice di 3 la c.d.t. di ogni singola fase.

Trasformatore trifase: rendimento

Le potenze assorbite da un trasformatore trifase sono:

Le potenze erogate sono:

Per il trasformatore trifase come nel monofase, il rendimento è:

con P₀=P_FE=perdite nel ferro e perdite nel rame.

Le perdite nel ferro, come nel trasformatore monofase, sono considerate uguali alla potenza assorbita nel funzionamento a vuoto, con la stessa tensione di alimentazione:

oppure se si conosce la conduttanza di ingresso

Le perdite nel rame con correnti pari a quelle nominali possono essere considerate uguali alla potenza di cortocircuito nominale:

Trasformatori in parallelo

E' possibile collegare più trasformatori in parallelo al fine di distribuire la potenza su più macchine. In figura sono rappresentati due trasformatori monofase disposti in parallelo.

Ai fini pratici, per lo studio delle grandezze elettriche è sufficiente considerare i circuiti equivalenti secondari semplificati dei due trasformatori ( monofase ) .Per il corretto funzionamento sono necessarie le condizioni:

sotto carico, usando una rappresentazione ulteriormente semplificata

Inoltre si ricava

se V_ccA% = V_ccB% vale la relazione

Semplificando col teorema di Thevenin il circuito precedente si ottiene lo schema:

con

Questa tecnica viene usata anche nel caso dei trasformatori trifase

—Per suddividere la potenza totale su più macchine.
—Per adattare la potenza richiesta dal carico a quella effettivamente erogata dalla cabina.
—In caso di guasto ad uno dei trasformatori, si può mantenere l'impianto in marcia a potenza ridotta.
—Se si ha un ampliamento dell'impianto si può aggiungere un ulteriore trasformatore per adeguarsi alla potenza richiesta.

Il collegamento dei trasformatori trifase in parallelo si possono effettuare come nel caso dei trasformatori monofase a a condizione che vengano usate macchine appartenenti allo stesso gruppo di collegamento.