Name: three-winding transformer models
Uploaded: 2024-11-21T14:54:19.000Z
Duration: 1 min 19 s
Channel: JoVE

Tres transformadores monofásicos idénticos forman una conexión trifásica con terminales de alto y bajo voltaje configurados en los cuatro tipos de devanados.
Las cantidades base para el circuito equivalente por unidad de un transformador Y-Y conectado a tierra incluyen una potencia compleja de base común y una relación de base de voltaje que coincide con la relación de los voltajes nominales de línea a línea.
Las corrientes equilibradas en este transformador producen cero corrientes neutras, lo que hace que su circuito equivalente por unidad sea similar a un transformador ideal monofásico.
La extensión de las ecuaciones de un transformador de dos devanados proporciona las relaciones necesarias para un transformador monofásico de tres devanados.
Estas relaciones, escritas en medidas reales y por unidad, satisfacen el circuito equivalente por unidad.
El práctico circuito de transformador de tres devanados incluye derivaciones de impedancia y admitancia de derivación en serie externas evaluadas mediante una prueba de circuito abierto.
Con un devanado abierto, el transformador de tres devanados actúa como uno de dos devanados. Las pruebas de cortocircuito estándar evalúan las impedancias de fuga por unidad, simplificadas aún más al descuidar las ramas de admitancia de derivación.
Finalmente, las impedancias en serie por unidad se derivan de las impedancias de fuga.

transformadores de tres devanados

Se pueden configurar tres transformadores monofásicos idénticos para formar una conexión de transformador trifásico, que involucra devanados de alto y bajo voltaje. Los devanados de alto voltaje se indican con letras mayúsculas A-B-C, mientras que los de bajo voltaje se indican con letras minúsculas a-b-c, que representan sus respectivas fases. Esta notación ayuda a distinguir entre los lados de alto y bajo voltaje del transformador.

En el circuito equivalente por unidad de un transformador trifásico Y-Y conectado a tierra, las magnitudes base son esenciales para simplificar el análisis. La potencia compleja base es común en todo el sistema y la relación base de voltaje corresponde a la relación de los voltajes nominales de línea a línea del transformador. Estas magnitudes base garantizan la coherencia y facilitan la comparación entre diferentes componentes y sistemas.

Para corrientes equilibradas en el transformador, las corrientes neutras son cero. En consecuencia, no hay caídas de tensión en las impedancias neutras. Esto da como resultado un circuito equivalente por unidad que se asemeja a un transformador ideal monofásico, lo que simplifica el análisis y la comprensión del sistema trifásico.

Para derivar las relaciones necesarias para un transformador monofásico de tres devanados, se extienden las ecuaciones de los transformadores de dos devanados. Estas relaciones se pueden expresar tanto en medidas reales como por unidad, lo que garantiza que se ajusten al modelo de circuito equivalente por unidad. Esta extensión es crucial para representar con precisión el comportamiento práctico de los transformadores de tres devanados.

En un circuito práctico de transformador de tres devanados, las impedancias en serie externas y las ramas de admitancia en derivación son factores importantes. Estos elementos se evalúan normalmente mediante una prueba de circuito abierto. Cuando un devanado del transformador de tres devanados está abierto, el transformador se comporta como un transformador de dos devanados. Esta característica, junto con las pruebas de cortocircuito estándar, se utiliza para determinar las impedancias de fuga por unidad del transformador. Sin embargo, las ramas de admitancia en derivación suelen ignorarse para simplificar.

Los resultados de las pruebas de cortocircuito arrojan impedancias de fuga por unidad, que representan los elementos de impedancia en serie en el circuito equivalente del transformador. Al centrarse en estas impedancias en serie por unidad y descuidar las ramas de admitancia en derivación, se puede simplificar el circuito equivalente, lo que proporciona una comprensión más clara del rendimiento del transformador.

En conclusión, estos métodos y simplificaciones modelan y analizan eficazmente el comportamiento complejo de los transformadores de tres devanados en sistemas trifásicos. Este enfoque garantiza que el circuito equivalente represente con precisión las características ideales y prácticas del transformador, lo que facilita el diseño y la operación eficientes dentro de los sistemas eléctricos.

Transformadores de tres devanados

Tres transformadores monofásicos idénticos forman una conexión trifásica con terminales de alta y baja tensión configurados en los cuatro devanados ...

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Three-Winding Transformers

three-winding transformer models

Three-winding transformer models show how three identical single-phase transformers can be combined into a three-phase transformer connection. The high-voltage windings are labeled A, B, and C. The low-voltage windings are labeled a, b, and c. This notation separates the high-voltage side from the low-voltage side and matches each phase to its own winding.

For a grounded Y-Y three-phase transformer, the per-unit equivalent circuit uses common base quantities to simplify analysis. The base complex power is the same throughout the system. The voltage base ratio matches the ratio of the rated line-to-line voltages of the transformer. These base values make it easier to compare parts of the system on the same scale.

Balanced currents in the transformer produce zero neutral current. As a result, there is no voltage drop across the neutral impedance. The per-unit circuit then looks like a single-phase ideal transformer, which makes the three-phase system easier to study.

The relations for a single-phase three-winding transformer are built by extending the equations used for two-winding transformers. These relations can be written in actual values or in per-unit form. That approach keeps the equations consistent with the per-unit equivalent circuit and helps describe practical transformer behavior.

In a practical three-winding transformer circuit, external series impedances and shunt admittance branches are important. These elements are usually evaluated with an open-circuit test. When one winding is open, the transformer behaves like a two-winding transformer. Standard short-circuit tests are then used to find the per-unit leakage impedances.

The shunt admittance branches are often ignored to keep the model simpler. The short-circuit test results provide the per-unit leakage impedances, which represent the series impedance part of the equivalent circuit. By focusing on these series impedances, the model gives a clearer picture of transformer performance while still capturing the key ideal and practical features of three-winding transformers in three-phase systems.

Three-Winding Transformer Models

the ideal transformer

Transformer Core Flux and Turn Ratio

Single-phase two-winding transformers use two windings around a magnetic core. The core has a cross-sectional area A and magnetic permeability μ. A phasor current i1 enters the left winding, and i2 exits the right winding. These parts work together to move energy by electromagnetic means. Ampere’s law explains the magnetic field inside the transformer. It says that the closed-path integral of the magnetic field intensity’s tangential component equals the net current enclosed. For a...

equivalent circuits for practical transformers

equivalent-circuits-for-practical-transformers

Modeling Transformer Losses with Equivalent Circuits

Practical transformer equivalent circuits show how winding resistance, leakage reactance, and finite core permeability change transformer behavior. These non-ideal features create real and reactive power losses, so they matter when a transformer is under load. Each winding has resistance and leakage reactance. Winding resistance causes resistive loss, which appears as heat. Leakage reactance comes from leakage flux, and it creates a voltage drop and reactive power loss. In the equivalent...

three-winding transformers

Three-winding transformer models show how three identical single-phase transformers can be combined into a three-phase transformer connection. The high-voltage windings are labeled A, B, and C. The low-voltage windings are labeled a, b, and c. This notation separates the high-voltage side from the low-voltage side and matches each phase to its own winding. For a grounded Y-Y three-phase transformer, the per-unit equivalent circuit uses common base quantities to simplify analysis. The base...

transformers with off-nominal turns ratios

transformers-with-off-nominal-turns-ratios

Modeling Parallel Transformers with Base Mismatch

Parallel transformers can be modeled with per-unit values even when the chosen voltage bases do not match the transformer ratings. This case creates an off-nominal turns ratio, which means the base voltages are not proportional to the rated voltages. To handle that mismatch, the transformer voltage relation is adjusted by using the ratio of the selected bases. One way to represent the transformer is as two series transformers. The first is the standard per-unit model, which includes the...

key terms and concepts

Learn how three-winding transformer models use per-unit base values, neutral currents, and test data to build practical three-phase equivalent circuits.

Three-Winding Transformer Models | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

Three-Winding Transformer Models

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