TRANSFORMADORES ESPECIALES

Transcripción

1 TRANSFORMADORES ESPECIALES Sistemas de Tracción Alexander Bueno 1 1 Universidad Simón Bolívar Dpto. Conversión y Transporte de Energía Marzo 009

2 TRANSFORMADOR DELTA ABIERTA I Esquema Condiciones de Contorno v ab = N 1 N v T 1 (1) v bc = N 1 N v T () i a = N N 1 i T 1 (3) i c = N N 1 i T (4) Esta conexión permite obtener desde un sistema trifásico dos sistemas monofásicos desfasado en π radianes cada uno, estos sistemas se utilizan para alimentar un tramo de la vía férrea cada uno, de al rededor de unos 60 a 100 km.

3 TRANSFORMADOR DELTA ABIERTA II Aplicando las ecuaciones de Kirchhoff de nodos y mallas se tiene: v ab + v bc + v ca = 0 v ca = (v ab + v bc ) = N 1 N (v T 1 + v T ) (5) i a + i b + i c = 0 i b = (i a + i c ) = N N 1 (i T 1 + i T ) (6) Aplicando la trasformación a vectores espaciales conservativa en potencia ( [ xe = 3 1 e j π 3 e j 4π ] ) [ ] t 3 xa(t) x b (t) xc (t) x {v,i}, se puede obtener un modelo vectorial del transformador, en función de las tensiones y corrientes secundarias, que facilite su implementación computacional, la estimación en tiempo real, el análisis de las variables transitorias, los estudios armónicos y el análisis de régimen permanente [?].

4 TRANSFORMADOR DELTA ABIERTA III Modelo en Vectores Espaciales ( ) N1 v e = 3 vt N 1 α v T [ N ie = 3 (1 N1 α)it 1 + ( α α ) ] i T (7) (8) Componentes de Secuencia I 1 = N [ (1 α) I T 1 + (α α ) ] I T 3N 1 I = N [( 1 α ) I T 1 (α α ) ] I T 3N 1 (9) (10)

5 TRANSFORMADOR DELTA ABIERTA IV Corriente de desbalance [( ) N 3N 1 I desb = 1 α I T 1 ( α α ) ] I T N 100 (11) [(1 3N 1 α) I T 1 + (α α ) I T ] Condición para desbalance nulo ( ) α α I T 1 = π (1 α ) I T = I T e j 3 (1)

6 TRANSFORMADOR DELTA ABIERTA V Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

7 TRANSFORMADOR DELTA ABIERTA VI Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

8 TRANSFORMADOR SCOTT I Esta disposición se debe al ingeniero americano Charles F. Scott quien la inventó en 1894 cuando trabajaba en la compañía Westinghouse. Esta configuración de transformadores monofásicos se basa en el hecho que un sistema trifásico en estrella la tensión compuesta entre dos fases está en cuadratura con la tensión de la tercera fase. Al igual que la delta abierta, permite obtener desde un sistema trifásico dos sistemas monofásicos desfazado en π radianes cada uno, estos sistemas se utilizan para alimentar un tramo de la vía férrea cada uno, de aproximadamente 70 km.

9 TRANSFORMADOR SCOTT II Esquema Condiciones de Contorno 1 v co = v ab = N 1 v T 1 (13) N 3 3 N 1 N v T (14) N 1 N i c = i T (15) N 1 N (i a i b ) = i T 1 (16)

10 TRANSFORMADOR SCOTT III Siguiendo las mallas de tensión del primario del transformador Scott se determina la tensión v co, a partir de las tensiones v ca y v bc como: v co = 1 (v ca v bc ) (17) Tensiones de Línea a Línea v ab = N 1 v T 1 ; N ( 1 v bc = N 1 N v ca = N 1 N v T 1 + ( 1 v T 1 ) 3 v T ) 3 v T (18)

11 TRANSFORMADOR SCOTT IV Corrientes de Línea i a = N ( ) i T 1 1 i T N 1 3 i b = N ) (i T i T N 1 i c = 3 N N 1 i T (19)

12 TRANSFORMADOR SCOTT V Modelo en Vectores Espaciales v e = 3 N 1 1 N 1 α (v T 1 jv T ) (0) ie = N ( (1 α)i T 1 + ) 3α i T 3 N 1 (1) Componentes de Secuencia I 1 = N 3N 1 [ (1 α) I T 1 + 3α I T ] I = N 3N 1 [( 1 α ) I T 1 + 3α I T ] () (3)

13 TRANSFORMADOR SCOTT VI Corriente de desbalance [ N 3N (1 I desb = 1 α) IT 1 + ] 3α I T [ N 3N (1 1 α ) I T 1 + ] 100 (4) 3α I T Condición para desbalance nulo I T 1 = 3α (1 α ) I T = j I T (5)

14 TRANSFORMADOR SCOTT VII Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

15 TRANSFORMADOR LE BLANC I Esta conexión al igual que la delta abierta y el Scott, permite obtener desde un sistema trifásico dos sistemas monofásicos desfasado en π radianes cada uno, estos sistemas se utilizan para alimentar un tramo de la vía cada uno de aproximadamente 70 km. Este transformador por construcción debe ser trifásico [?]. La relación del número de vueltas entre los devanados primarios y secundarios del transformador Le Blanc son: Nw : Nx : Ny : Nmw : Ntw : Ntx : Nmy : Nty = 1 : 1 : 1 : 1 1 : : : 1 1 : 3a 3a 3a 3a 3a (6) donde: a es la relación entre la tensión línea a línea del primario y el secundario del transformador.

16 TRANSFORMADOR LE BLANC II Esquema

17 TRANSFORMADOR LE BLANC III Condiciones de Contorno v T1 = 1 ) (v 3a ab vca (7) v T = 1 3a ( vbc v ab vca) (8) ia = 3a i T1 (9) i b = 1 a ( i T 1 3 i T1 ) (30) ic = 1 ( a i T + 1 ) i T1 3 v ab = a vca = a ( 3 v T1 1 ) v T ( 3v T1 + v T) (31) (3) (33) v bc = av T (34)

18 TRANSFORMADOR LE BLANC IV Modelo en Vectores Espaciales v e = a 3 1 α [ 3 ] ( 1 α ) v T 1 + 3α v T (35) ie = 1 3 a ( 3i T 1 + (α α ) ) i T (36) Componentes de Secuencia I 1 = 1 3a I = 1 3a [ 3I T 1 + (α α ) ] I T [ ( ) ] 3I T 1 + α α I T (37) (38)

19 TRANSFORMADOR LE BLANC V Corriente de desbalance I desb = 1 3a 1 3a [ 3I T 1 + ( α α ) ] I T ] 100 (39) [ 3I T 1 + (α α) I T Condición para desbalance nulo I T 1 = ( α α ) 3 I T = j I T (40)

20 TRANSFORMADOR LE BLANC VI Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

21 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Delta Abierta (Sub Estación 1) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

22 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Delta Abierta (Sub Estación ) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

23 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Delta Abierta (Sub Estación 3) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

24 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Scott (Sub Estación 1) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

25 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Scott (Sub Estación ) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

26 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Scott (Sub Estación 3) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

27 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Le Blanc (Sub Estación 1) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

28 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Le Blanc (Sub Estación ) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario

29 IMPACTO ARMÓNICO DEL CONVERTIDOR Sistemas con Conexión Le Blanc (Sub Estación 3) Corriente en el Secundario Corriente en el Primario