OBJETO Y CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención es del área eléctrica y se refiere a un arreglo embobinado para la transformación de energía eléctrica con entrada bifásica y salida trifásica con tensión simétrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los transformadores de corriente eléctrica son empleados en todos los sectores económicos para la adaptación de voltajes y corrientes en los cableados de alta, media y baja tensión.

En el sector industrial, comercial y residencial se emplean líneas de energía que proporcionan el voltaje y la corriente para cada necesidad. De acuerdo a las necesidades se pueden emplear 1 , 2 o 3 fases de corriente eléctrica. Siendo que la transportación de energía de 3 fases es usada comúnmente, esta no se encuentra disponible en todas las regiones debido a los costos que implica su manejo. Por lo tanto, se han diseñado algunas soluciones para que en los sitios donde se requiera, se pueda realizar la transformación a 3 fases desde una línea de energía de 2 fases.

En el mercado existen muchos dispositivos electrónicos que permiten la conversión de 2 a 3 fases de corriente, pero suelen tener un costo elevado y no es viable su instalación, configuración y mantenimiento en cualquier zona; estos convertidores electrónicos tienen funcionalidad principalmente en baja tensión por lo que en media y alta tensión no proveen una solución al problema de la conversión.

Se han diseñado algunas soluciones para convertir 2 a 3 fases que atienden los sectores de baja, media y alta tensión, por ejemplo, la invención más cercana es el documento de patente MX265449B, denominada “Convertidor eléctrico tipo prisma para generación, transmisión, distribución y suministro de corriente eléctrica y método de fabricación”, el cual se trata de un transformador de energía que convierte de 2 a 3 fases que emplea una conexión denominada prisma que es aplicable a convertidores de dos a tres fases donde por medio de un arreglo de embobinado y conexiones se origina la fase no existente, obteniéndose un sistema trifásico, que por medio de otro sistema de salida en cualquier nivel de tensión proporciona la tensión trifásica utilizable para cualquier sistema eléctrico de distribución trasmisión o generación. Dicho sistema permite conectar cualquier carga monofásica, bifásica o trifásica a partir de una alimentación bifásica de 2 hilos; sin embargo, dicha invención induce una fuerte corriente por el neutro, lo cual implica que la instalación requiera de un sistema de conexiones adicionales para la tierras, asimismo esta invención requiere que los conductores del neutro deban ser más gruesos o de mayor capacidad.

También, se encuentra el documento WO2006126868A1 , denominado “Conexión de devanados para suministrar potencia trifásica a partir de una alimentación bifásica y transformador de distribución 2x3”, el cual consiste en una configuración de tres juegos de devanados distribuidos en tres columnas donde cada juego de devanados consiste en dos bobinas, la primera de dichas bobinas está seccionada en dos partes con una relación de espiras de dos a uno entre secciones, y la segunda bobina localizada en otra columna tiene una relación de espiras igual a la menor sección de la primera bobina, dichas primeras bobinas de los devanados están conectadas entre sí en configuración delta y en cada dicho juego de devanados el punto común de las secciones de la primera bobina, alimenta la segunda bobina ubicada en otra columna; las partes finales de dichas segundas bobinas de cada columna se conectan entre sí constituyendo el neutro, y las partes iniciales de las primeras bobinas en cada columna suministran las fases de salida. Sin embargo, este sistema utiliza una salida en zigzag, por lo tanto, al tratarse de una salida simétrica emplea una entrada en delta que puede generar problemática cuando unos de los devanados deja de operar y se desbalancea la entrada.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER

Se busca una solución para convertir una entrada bifásica a una salida trifásica por medio de un transformador de corriente eléctrica que se pueda emplear en alta, media y baja tensión, con tensiones de salida simétrica y sin corrientes en el neutro.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1. Muestra el diagrama vectorial de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10). Figura 2. Muestra el diagrama de conexiones de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10).

Figura 3. Muestra el diagrama vectorial de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) con polaridad invertida.

Figura 4. Muestra el diagrama de conexiones de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) con polaridad invertida.

Figura 5. Muestra la vista de un núcleo trifásico tipo Wescor.

Figura 6. Muestra la vista de un núcleo trifásico tipo columna.

Figura 7. Muestra la configuración de las conexiones de los devanados de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) en un núcleo trifásico tipo Wescor.

Figura 8. Muestra la configuración de las conexiones de los devanados de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) en un núcleo trifásico tipo columna.

Figura 9. Figura 7. Muestra la configuración de la conexión con polaridad invertida de los devanados de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) en un núcleo trifásico tipo Wescor.

Figura 10. Muestra la configuración de la conexión con polaridad invertida de los devanados de un Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) en un núcleo trifásico tipo columna.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Haciendo referencia con más detalle a los diagramas, como se muestra de la figura 1 a la figura 10, se describe una realización preferida de la presente invención. Debe entenderse expresamente que esta realización ejemplar se proporciona únicamente con fines descriptivos y no pretende limitar indebidamente el alcance del presente concepto inventivo. Otras realizaciones y variaciones de la presente invención denominada Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) se consideran dentro del presente concepto inventivo como se establece en las reivindicaciones del presente documento. El dispositivo Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) comprende un sistema de conexiones donde en la entrada bifásica presenta una configuración de tipo estrella abierta con 2 fases y en la salida trifásica presenta una configuración de tipo estrella con 3 fases simétricas.

En el diagrama vectorial de la figura 1 se aprecia que en la configuración de entrada existen 2 fases, donde H1 y H2 son las 2 líneas de fase de entrada con un desfase de 120° entre ambas líneas de energía. La configuración del devanado de entrada es estrella abierta, donde X0H0 es la tierra en común de ambas líneas de fase.

En el mismo diagrama vectorial de la figura 1 , se aprecia que la salida trifásica está determinada por un devanado en configuración de tipo estrella donde X1 , X2 y X3 son las salidas de línea de cada fase, con un desfase de 120° entre cada una de ellas.

La conversión de las 2 fases de entrada a las 3 fases de salida se genera por medio de una conexión delta o triángulo en el mismo núcleo del transformador. Este tipo de transformador se denomina Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) y consiste es un arreglo con 3 tipos de configuraciones de devanados en su núcleo: un primer devanado de entrada bifásica con conexión tipo estrella abierta, luego un segundo devanado en conexión tipo delta y finalmente un devanado de salida trifásica en conexión tipo estrella.

El dispositivo Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) puede presentar devanados en núcleos de tipo Wescor o tipo columna según se aprecia en las figuras 5 y 6; o bien algún otro tipo de configuración empleada en la actualidad.

En la figura 2 se aprecia el diagrama de las conexiones de cada uno de los devanados, donde en se muestra la entrada H1 y H2 con las 2 fases de entrada con la terminal en común X0H0 aterrizada; también se aprecia la configuración de salida tipo estrella con las 3 fases balanceadas donde X1 , X2 y X3 son las salidas de cada una de las fases y la terminal X0H0 en común se encuentra aterrizada.

Asimismo, en la figura 2, se aprecia el devanado del arreglo tipo delta que no tiene ninguna conexión eléctrica con el devanado de entrada tipo estrella abierta, ni con el devanado de la configuración de salida tipo estrella. La configuración tipo delta influye dentro del Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) debido al flujo magnético que pasa por el núcleo de tipo Wescor o tipo columna, de tal manera que el devanado de la configuración tipo delta convierte el flujo de la corriente eléctrica en flujo magnético de acuerdo a la Ley de Biot-Savat:

En este orden de ¡deas, la configuración del devanado de salida tipo estrella con sus 3 terminales cuenta con un flujo magnético constante que, de acuerdo a la ley de Ampere, es convertido a corriente eléctrica en las terminales X1 , X2 y X3, generando así una salida trifásica y simétrica a partir de una entrada bifásica.

En la figura 3 se muestra el diagrama vectorial de una vahante del Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) con una configuración de entrada tipo estrella abierta invertida, además de una configuración de salida de tipo estrella invertida y con una conexión delta invertida. Esta misma configuración invertida se puede visualizar en la figura 4.

La figura 5 se muestra, de manera ilustrativa, la vista en perspectiva de un núcleo tipo Wescor y la figura 6 muestra la vista en perspectiva de un núcleo tipo columna, los cuales pueden ser empleados para el Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) descrito en esta invención, asimismo, se pueden emplear otro tipo de núcleos con columnas de cualquier forma geométrica o del tipo Evans.

En la figura 6 se muestra la vista frontal de un núcleo tipo Wescor para el T ransformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) con las conexiones de entrada en donde H1 es la terminal de una de las fases que se encuentra en la columna izquierda del núcleo y H2 es la terminal de la segunda fase que se encuentra en la columna derecha. En el mismo núcleo se encuentra el arreglo tipo delta donde en cada columna del núcleo se encuentra un devanado, donde X1’ es la conexión de la salida del devanado de la primer columna con la entrada del devanado de la tercera columna; a su vez, X2’ conecta la entrada del devanado de la primer columna con la salida del devanado de la segunda columna; y X3’ conecta la entrada del segundo devanado con la salida del tercer devanado. Cada devanado influye directamente en las 3 columnas del núcleo creando un flujo magnético constante en cada columna y a su vez, creando una corriente eléctrica constante y simétrica en las terminales X1 , X2 y X3, donde una fase de salida se encuentra en las terminales X1 y X0H0, una segunda fase se encuentra entre X2 y XOHO, y una tercera fase se encuentra entre las terminales X3 y XOHO.

En la figura 6 se encuentra esta misma conexión del Transformador de 2 a 3 fases estrella abierta (10) en un núcleo tipo columna.

Con esta invención, a partir de una entrada de 2 fases se pueden obtener 3 fases simétricas y con 120° de desfase entra cada una, lo cual provee una solución para alta, media o baja tensión que no se cuenta en la actualidad. Esta novedosa configuración no induce corrientes en el neutro y por tal motivo no requiere de una configuración de tierras compleja. Los valores de voltaje de la entrada bifásica pueden diferir de acuerdo a las necesidades y zona geográfica donde se instalen los transformadores, y en consecuencia los valores de voltaje de la salida trifásica también pueden diferir.