Collegamenti trifasi degli avvolgimenti

I collegamenti degli avvolgimenti trifasi del trasformatore possono es- sere a stella, a triangolo ed a zig-zag (connesso a stella, lo zig-zag a triangolo non si usa), si veda la Figura 11.37, e sono designati con i simboli Y,D,Z/y,d,z (in maiuscolo per l'avvolgimento primario e mi- nuscolo per l'altro). Se il neutro è accessibile allora l'indicazione è

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Figura 11.34: Canali di rareddamento trasversali

Figura 11.36: Disposizione dei pacchi lamiera negli strati successivi

Figura 11.37: Collegamenti trifasi degli avvolgimenti

Yn,Zn/yn,zn rispettivamente (naturalmente la connessione a triango- lo non può avere il neutro accessibile). Le tre fasi vengono designate con lettere successive ad esempio A,B,C/a,b,c (maiuscolo per l'av- volgimento primario, minuscolo per l'altro). I collegamenti più usati sono i primi due (preferibilmente la connessione a stella per le tensio- ni di linea più elevate e quella a triangolo per le correnti di linea più elevate), lo zig-zag stella con neutro accessibile si usa nei secondari dei trasformatori per distribuzione a quattro li (quindi con neutro accessibile) con primario collegato a stella, come verrà nel seguito discusso.

Nella spiegazione delle proprietà si ammette che nella rappresen- tazione della macchina i due avvolgimenti presenti su ogni colonna, concentrici, con eliche equiverse e con morsetti di principio (P,p) e di

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Figura 11.38: Rappresentazione delle connessioni

ne (F,f) dell'elica ugualmente disposti, vengono rappresentati omet- tendo il disegno dell'elica e del nucleo e ribaltando i principi verso l'interno come è indicato nella Figura 11.38. In questo disegno si mette anche in evidenza che i tre morsetti del primario e del secon- dario A,B,C/a,b,c hanno la stessa denominazione della colonna sulla quale sono allocati i corrispondenti avvolgimenti.

La connessione trifase dell'avvolgimento primario, abbinata a quel- la dell'altro avvolgimento, determina tutta una serie di proprietà che vengono nel seguito discusse con particolare riguardo: i) alla terza armonica presente nella corrente magnetizzante di ogni fase quando l'induzione nella colonna corrispondente sia alternata sinusoidale, ii) alla possibilità di carico monofase tra fase e neutro e iii) allo sfasamen- to tra le tensioni primarie e secondarie (che condiziona la possibilità di funzionamento in parallelo tra due o più trasformatori). Quest'ultimo aspetto è di particolare rilievo e viene discusso più ampiamente nel successivo paragrafo, mentre per i primi due temi si osserva quanto segue.

Consideriamo il funzionamento a vuoto con avvolgimento prima- rio alimentato da un sistema simmetrico di tensioni concatenate. Se entrambi gli avvolgimenti sono a stella allora le f.e.m. di fase non possono essere simmetriche (si veda la prima Figura 11.39) perché se lo fossero lo sarebbero anche le induzioni (mentre le forza magneti- che sarebbero deformate) e nel sistema trifase di correnti dovrebbe essere presente un sistema omopolare di correnti di terza armonica la

Figura 11.39: Connessione a stella: forza magnetica, induzione e f.e.m.

cui circolazione è impedita dalla connessione a stella. In questo caso allora le correnti sono alternate sinusoidali e costituiscono un sistema equilibrato, mentre sono deformate le induzioni ed i ussi di colon- na, si veda la seconda Figura 11.39 (ottenuta tramite la caratteristica di magnetizzazione assumendo che la forza magnetica sia alternata sinusoidale e ricavando l'induzione).

I ussi di colonna presentano un sistema (con frequenza tripla ri- spetto alla fondamentale) di sequenza omopolare che si richiude all'e- sterno del nucleo se questo è a tre colonne, nelle due colonne laterali se il nucleo è a cinque colonne. Nel primo caso il usso omopolare è modesto ma va ad interessare parti esterne al traformatore, quali la cassa, causando perdite addizionali. Nel secondo caso il usso di terza armonica è circoscritto nel nucleo ma, essendo bassa la riluttan- za che incontra, il suo valore è decisamente maggiore per modo che la deformazione delle forze elettromotrici è più sensibile che nel caso precedente.

Se entrambi gli avvolgimenti sono a stella e sul secondario è connes- so (oltre ai carichi di tipo trifase) un carico monofase tra il centro stella ed un morsetto di fase, si veda la Figura 11.40, non può esistere equi- librio tra le forze magnetomotrici di primario e di secondario dovute alla componente fondamentale della corrente del carico monofase.

Si manifesta in tal caso, essendo vincolati i vertici del triangolo delle tensioni concatenate, uno spostamento del centro stella O' delle

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(a) (b)

Figura 11.40: Connessione stella-stella con carico monofase: a) circolazione della corrente; b) fasori rappresentativi.

forze elettromotrici. Questo spostamento è causato dalla presenza di una sequenza omopolare nei ussi di colonna generata dall'unica pos- sibile ripartizione delle correnti a regime, quella indicata nella Figura 11.40 nella ipotesi che entrambi gli avvolgimenti abbiano lo stesso nu- mero di spire. Complessivamente la connessione Yy è sconsigliabile nella distribuzione a quattro li (specie con nucleo a cinque colonne), salvo limitare il carico sul centro stella.

In ogni caso è quindi conveniente la presenza di un avvolgimento a triangolo al ne di evitare gli inconvenienti sopra citati e di fatto le connessioni più usate sono: i) Yd per i trasformatori di maggiore importanza posti agli estremi delle grandi linee di trasmissione dell'e- nergia elettrica a frequenza industriale; ii) Dyn, che consente il carico sul centro stella del secondario con la distribuzione di correnti indicata nella Figura 11.41 ma ha lo svantaggio della connessione a triangolo sull'alta tensione; iii) la connessione Yzn per tensioni elevate e po- tenze piccole con possibilità di carico monofase sul centro stella della connessione a zig-zag (la distribuzione di correnti è quella indicata in Figura 11.42.

Figura 11.41: Carico monofase nel caso di connessione Dy

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11.8.3 Sfasamento tra primario e secondario, indice orario