I trasformatori trifase - guida tecnica

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I trasformatori trifase (a tre colonne)

La trasformazione di energia nei sistemi trifase viene realizzata , di solito, mediante un'unica unità trifase e non mediante tre trasformatori monofasi, risultando quest'ultimo modo un pò particolare.

Il trasformatore trifase presenta allora la caratteristica di avere un unico nucleo magnetico costituito da tre colonne unite da due gioghi. Ciascuna colonna porta gli avvolgimenti di una fase ed è percorsa quindi dal flusso magnetico di fase. Su di essa si trovano perciò tanto l'avvolgimento primario che quello secondario: naturalmente, tra questi avvolgimenti dovrà essere realizzato il massimo concatenamento così come il nucleo dovrà avere la minima riluttanza.

Va però osservato che il trasformatore trifase è realizzato con una struttura a flussi magnetici vincolati, perchè i tre flussi di fase devono ubbidire alla seguente condizione:

Φ_a + Φ_b + Φ_c = 0

condizione valevole sia per il termine sinusoidale fondamentale sia , eventuallmente, per ciascuna armonica. In pratica si ha che in ogni istante una colonna deve costituire la via di chiusura per il flusso che percorre le altre due colonne (né più né meno come nei circuiti trifase a tre fili dove un conduttore di linea è in realtà il ritorno per le correnti circolanti negli altri due conduttori).

Il rendimento elettrico dei trasformatori trifase cresce al crescere della potenza, si veda a tale scopo la tbella qui sotto. In questa sono state riportate anche le perdite nel ferro in % della potenza nominale; per le perdite nel rame , a pieno carico, si ricordi che queste risultano da 2 a 4 volte superiori a quelle nel ferro.

Il collegamento delle fasi nei trasformatori trifase

Per la trasformazione dei paramentri tensione-corente di un sistema trifase si può impiegare o un complesso costutito da tre trasformatori momofase oppure un unico trasformatore trifase. Un trsformatore trifase, comunque, è sempre costituito da tre fasi primarie e da altrettante secondarie. Le tre fasi potranno risultare collegate a stella o a triangolo. La scelta del collegamento viene fatta tenendo presente le seguenti considerazioni dovute:

a. ai valori nominali delle tensioni da trasformare. Per gli avvolgimenti costituenti l'alta tensione il collegamento più indicato è quello a stella e ciò per diminuire il valore della tensione che sollecita gli avvolgimenti stessi (la tensione di fase risulta, infatti, circa il 58% di quella concatenata);

b. alla necessità del quarto filo (neutro). Se la trsformazione è relativa a un circuito a quattro fili il collegamento non può essere che a stella con il centro accessibile;

c. alla deformazione dell'onda sinusolidale, cioè alle armoniche (precisamente, se si tiene conto del solo fenomeno della saturazione, queste sono di ordine dispari: notevoli soprattutto la terza e la quinta armonica);

d. agli squilibri delle correnti di carico. Quando i carichi sono squilibrati (un esempio notevole è costituito dal carico monofase) occorre cercare quei collegamenti che tendono a far dimunuire lo squilibrio a monte del trasformatore. Il collegamento a triangolo è quello che risolve meglio il problema in questi casi. Così, ad esempio, se il secondario alimenta un circuito a quattro fili e le correnti di carico risultano squilibrate, per cui si ha corrente nel quarto filo, è opportuno che il primario abbia gli avvolgimenti collegati a triangolo.

Concludendo, si può affermare dunque che:

1. il collegamento stella-stella (primario a stella, secondario a stella) è sconsigliabile quando solo il carico (squilibrato) esige quattro fili; è consigliabile quando invece le tensioni sono elevate e il sistema risulta a tre fili. Le forze elettro motrici indotte (di fase) al secondario naturalmente non sono sinusoidali a causa delle armoniche di ordine dispari presenti nel flusso magnetico; tuttavia le tensioni concatenate risultano come differenza di due tensioni di fase;

2. il collegamento triangolo-triangolo è sempre consigliabile, soprattutto quando le tensioni sono di basso valore. Le armoniche delle correnti magnetizzanti di fase circolano, inoltre, liberamente nei tre avvolgimenti costituenti il triangolo primario: il flusso rimane così sinusoidale. Il comportamento ai carichi squilibrati è ottimo, per cui tale tipo di collegamento si presta per alimentare carichi fortemente squilibrati;

3. il collegamento triangolo-stella o stella-triangolo è sempre vantaggioso per la presenza di un circuito avente il collegamento a triangolo.