Quali sono gli usi dei trasformatori con gruppi di connessione D/Y?

In un trasformatore trifase, un lato dell’avvolgimento primario o secondario è sempre collegato a triangolo. Questo per evitare la presenza di componenti armoniche di terzo ordine nel flusso magnetico principale, riducendo così le correnti parassite e il riscaldamento localizzato, e migliorando l’efficienza e l’affidabilità del trasformatore. Per comprendere il principio, dobbiamo prima conoscere le basi dei trasformatori trifase.

1. Esistono due tipi di trasformatori trifase:

Uno è il trasformatore trifase di tipo gruppo (Figura 1):

L’altro è il trasformatore trifase a nucleo (Figura 2):

Un trasformatore trifase di tipo gruppo è composto da tre trasformatori monofase collegati dagli avvolgimenti per formare un trasformatore trifase. La sua caratteristica è che i circuiti elettromagnetici trifase sono indipendenti e il flusso di terza armonica può fluire. I grandi trasformatori trifase usano raramente questo tipo di gruppo, quindi non verrà ulteriormente discusso.

I grandi trasformatori di potenza sono solitamente trasformatori trifase a nucleo. La loro caratteristica è che i circuiti magnetici trifase sono interconnessi. Per il circuito magnetico di un nucleo a tre colonne, non esiste un percorso diretto per il flusso di terza armonica. Pertanto, il flusso di terza armonica può formare un anello solo attraverso il circuito magnetico di dispersione, come l’involucro del trasformatore. L’involucro del trasformatore è solitamente in lamiera d’acciaio e la presenza del flusso di terza armonica provoca un forte riscaldamento.

Il percorso del circuito magnetico di terza armonica in un trasformatore trifase a nucleo (Figura 3)

2. Forme d’onda della tensione (potenziale), della corrente di eccitazione e del flusso magnetico in diverse strutture di circuito magnetico e circuitale.

2.1 Una corrente di eccitazione sinusoidale genera un flusso magnetico a testa piatta (Figura 4).

Quando il nucleo è saturo: quando il flusso magnetico è un’onda a testa piatta, la corrente magnetizzante è un’onda sinusoidale.

2.2 Una corrente di eccitazione a picco genera un flusso magnetico sinusoidale (Figura 5).

Forma d’onda della corrente di eccitazione a vuoto.

2.3 Sia le onde a testa piatta che quelle a picco possono essere scomposte nell’onda fondamentale e nella terza armonica (Figura 6).

Forma d’onda della forza elettromotrice a vuoto di un trasformatore trifase. Quando il circuito magnetico è saturo, per ottenere un flusso magnetico sinusoidale, la corrente di eccitazione dovrebbe essere un’onda a picco.

Quando il circuito magnetico è saturo, se la corrente di eccitazione è un’onda sinusoidale, il flusso magnetico principale è un’onda a testa piatta.

3. Dopo aver compreso le nozioni di base sopra, procediamo ora con l’analisi. Se sia il lato primario che quello secondario sono collegati a stella, non esiste un percorso per la terza armonica della corrente. Pertanto, in una connessione Y/Y, la corrente di eccitazione può essere solo una corrente sinusoidale. Questa corrente di eccitazione sinusoidale può generare solo un flusso magnetico a testa piatta, che può essere scomposto in un flusso fondamentale e un flusso di terza armonica.

Questi flussi di terza armonica nel campo magnetico principale sono uguali in grandezza e fase. Non possono chiudersi attraverso il nucleo e possono formare anelli solo nel circuito magnetico di dispersione, come nell’olio, nelle pareti del serbatoio e nel giogo, generando correnti parassite, causando riscaldamento localizzato e riducendo l’efficienza del trasformatore.

Pertanto, i trasformatori trifase di grande capacità e alta tensione non sono adatti per connessioni Y/Y.

Al contrario, quando gli avvolgimenti sono collegati a triangolo/Y o Y/Δ, viene fornito un percorso ad anello per la componente di terza armonica della corrente di eccitazione nella connessione a triangolo sul lato primario o secondario. Pertanto, la corrente di eccitazione nell’avvolgimento collegato a triangolo è un’onda a picco. La corrente a picco mantiene il flusso magnetico principale sinusoidale senza una componente di terza armonica.

Specialmente quando gli avvolgimenti sono collegati in configurazione Y/Δ, sebbene la terza armonica nella corrente di eccitazione del lato primario non possa passare, viene generata una corrente circolante di terza armonica nella connessione a triangolo del lato secondario. Questa corrente circolante, insieme alla corrente di eccitazione sinusoidale sul lato primario, garantisce che il flusso magnetico principale sia sinusoidale, evitando così il riscaldamento localizzato causato dalle correnti parassite di terza armonica.

In sintesi, gli avvolgimenti primari o secondari di un trasformatore trifase sono collegati a triangolo per garantire che il flusso magnetico principale sia il più vicino possibile a un’onda sinusoidale, evitando correnti parassite e problemi di riscaldamento causati dalle terze armoniche, migliorando così l’efficienza operativa e l’affidabilità del trasformatore.