ES2277500B1 - Procedimiento de regulacion continua de la relacion de tensiones en transformadores. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de regulación continua de la relación de tensiones en transformadores. La invención presentada es un procedimiento para regular la tensión de salida de los transformadores de potencia, comúnmente utilizados en la ingeniería del transporte y distribución eléctrica que se lleva a cabo a partir de un transformador de potencia monofásico o trifásico al que se conecta un transformador serie de regulación y el equipo electrónico de regulación de tensiones. Con el procedimiento que se propone se consigue a la salida final de los equipos una tensión regulada de forma continua que se mantiene fija cuando la tensión existente en la entrada de los mismos permanece dentro de un determinado rango de variación, sin incorporar los elementos mecánicos que provocan la fatiga y el desgaste de los equipos convencionales, eliminándose, además, los problemas relacionados con el arco eléctrico que se produce al abrir circuitos mecánicamente.
Description
Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores.
La presente invención según se expresa en el
enunciado de esta Memoria descriptiva, se refiere a un
procedimiento que permite regular de forma continua la relación de
tensiones en transformadores sin elementos mecánicos, basándose en
la utilización de sistemas electrónicos y reduciendo el número de
válvulas semiconductoras.
La presente invención encuentra su campo de
aplicación en sector eléctrico, más concretamente en los
dispositivos de regulación de tensiones de los transformadores de
potencia. Dentro de este campo, puede aplicarse a cualquier tipo de
transformador de potencia, bien sea de distribución, transporte,
generación u otros usos especiales.
Históricamente, en la expansión de las redes de
transporte y distribución de energía eléctrica, se ha venido
observando la necesidad de utilizar métodos que puedan paliar las
diferentes variaciones de tensión existentes en las líneas
eléctricas en función del nivel de carga a que se encuentran
sometidas. Esta necesidad se basa, no sólo en el hecho de mantener
las tensiones de los distintos puntos de las redes eléctricas
dentro de los márgenes regulados por los distintos estándares y
normativas ("Characteristics of voltage delivered by generic
distribution networks", European Standard EN50160, 2001), sino
también en reducir las pérdidas técnicas debidas al movimiento de
la energía eléctrica en sí mismo. Uno de los equipos que más ha
entrado en juego en este ámbito, ha sido el del regulador de
tensión de los transformadores de potencia utilizando cambiadores
de tomas bajo carga. Estos equipos permiten modificar la relación
de tensiones existente en un transformador mediante la variación de
la relación de espiras del mismo utilizando un dispositivo
mecánico.
Los cambiadores de tomas bajo carga son los
dispositivos más utilizados como reguladores de tensión en las
redes eléctricas de transporte y distribución, tanto en alta como
en media tensión, desde los inicios de implantación de estas redes,
tal y como las entendemos hoy día, hasta la actualidad. Se trata de
unos equipos mecánicos muy robustos y que introducen unas pérdidas
despreciables en la explotación de redes eléctricas. Por el
contrario, tienen el problema de que al tratarse de interruptores
mecánicos que abren y cierran circuitos, son dispositivos lentos
con poca capacidad de respuesta ante cambios repentinos en las
condiciones de la red; además, sus posibilidades de regulación se
encuentran limitadas a una serie de escalones. Ocurre también, que
al objeto de minimizar los efectos producidos por el arco eléctrico
ocurrido durante la apertura de los circuitos, estos equipos
emplean un sistema de resortes que provocan que los tiempos de
operación de la conmutación final de los circuitos sean del orden
de 60 ms (los tiempos de operación totales son del orden de varios
segundos), provocando una gran fatiga mecánica a los elementos que
componen los reguladores. El efecto combinado de la aparición de
arcos eléctricos y de la fatiga mecánica debida a su propio
funcionamiento provocan que estos equipos tengan un elevado
mantenimiento y sean una de las zonas más débiles de las redes
eléctricas.
Los cambiadores de tomas bajo carga apenas han
sufrido modificaciones desde sus inicios, hace casi un siglo;
aunque últimamente, hay verdaderos intentos de mejorarlos tratando
de reducir o eliminar los arcos eléctricos producidos durante su
funcionamiento, así como sus efectos. Además de los diferentes
estudios en materiales que puedan verse poco afectados por los
arcos eléctricos, se está recurriendo a la utilización de
interruptores de vacío y a la de esquemas basados en
semiconductores, de forma que sirvan de apoyo al dispositivo
mecánico, realizándose las operaciones de apertura y cierre de los
circuitos en el interior de los mismos (H. Jiang et al.
"Fast Response GTO Assisted Novel Tap Changer", IEEE
Transactions on Power Delivery, pp 111-115, January
2001).
Existen, también, estudios acerca de nuevos
procedimientos de regulación basados exclusivamente en
semiconductores (P. Bawer et al, "Solid State Tap Changers for
Utility Transformers",
0-7803-5543-6/99
IEEE pp 897-902; O. Demirci et al, "A new
Approach to Solid-State On-Load Tap
Changing Transformers", IEEE Transactions on Power Delivery, pp
1-10. Jun. 1997). Estos métodos, no sólo eliminan
el problema existente debido al arco eléctrico, sino que aumentan
notablemente la velocidad de respuesta del regulador al eliminar los
componentes mecánicos. Se mantiene, por otro lado, la restricción
existente en cuanto a la limitación de escalones y se emplea un
elevado número de semiconductores, implicando un tamaño y unas
pérdidas considerables que imposibilitan su implantación a nivel
industrial, teniendo en cuenta el estado de la técnica de la
electrónica de potencia existente en la actualidad.
En el caso de transformaciones de media a baja
tensión, no suelen utilizarse cambiadores de tomas bajo carga, sino
que sólo se utiliza la posibilidad de realizar variaciones de la
relación de tensiones con el transformador sin carga. En estos
casos se sitúa el conmutador en la posición que a priori se
estime más ventajosa en función de las variaciones esperables en la
red de media tensión y de la ubicación del transformador en la
misma.
En este último caso, existe la posibilidad de
incluir algunos reguladores de tensión, basados en interruptores o
contactores, independientes de los transformadores, de forma que
permiten elevar la tensión con un pequeño número de escalones.
También se conocen algunos estudios acerca de equipos basados
exclusivamente en semiconductores (O.M. Ruiz, A. Gómez.
"Solid-State Voltage Regulator for Dispersed
Rural Distribution Systems", IEEE Bologna PowerTech, Jun.
2003).
Una vez evaluado el estado de la técnica en la
materia el "Procedimiento de regulación continua de la relación
de tensiones en transformadores" aporta la ventaja de que los
sistemas electrónicos utilizados en la regulación se acoplan
mediante conexiones electromagnéticas que permiten reducir las
tensiones e intensidades aplicadas a los semiconductores,
minimizándose las pérdidas y el desgaste de dichos equipos. Así, con
la aplicación de la electrónica a una fracción de las tensiones de
red y de las intensidades suministradas por el transformador, la
distorsión armónica que pueda introducirse en las corrientes y
tensiones globales se encuentra muy reducida.
Por otra lado, al no incluir elementos
mecánicos, se puede disminuir considerablemente los tiempos de
respuesta del regulador de tensiones, aumentando el número de
operaciones permitidas por el equipo hasta el extremo de llegar a
conseguirse una regulación continua. Gracias a esta posibilidad, no
sólo se aumenta el nivel de calidad de suministro de la energía
eléctrica al facilitar un mayor nivel de control, sino que se
pueden reducir las fluctuaciones de tensión debidas a clientes con
variaciones violentas en sus solicitudes de energía eléctrica, como
puede ser el caso de los hornos de arco, ferrocarriles de alta
velocidad, algunos cogeneradores, etcétera. También es posible
asegurar unos niveles de tensión adecuados a los clientes que se
conecten en baja tensión reduciéndose, e incluso eliminándose, las
fluctuaciones que puedan existir en la alimentación a media
tensión.
Una ventaja añadida al regulador que se propone
con la presente invención es que al realizar una regulación
independiente por fase es posible equilibrar las tensiones de
salida, en los casos en que las tensiones de red llegan
desequilibradas o una carga desequilibrada provoque desequilibrios
en la tensión de salida.
Por último, es importante destacar que la
técnica utilizada en la conexión del equipo electrónico no va a
comprometer, ante una avería de los semiconductores, la continuidad
eléctrica entre las redes que conecta el transformador.
El "Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores" se lleva a cabo a
partir de un transformador de potencia monofásico o trifásico al
que se conecta un transformador serie de regulación y el equipo
electrónico de regulación de tensiones.
El objetivo perseguido con este procedimiento es
el de obtener en la salida final de los equipos una tensión,
regulada de forma continua de manera que pueda mantenerse fija
cuando la tensión existente en la entrada de los mismos, permanezca
dentro de un determinado rango de variación.
En concreto en el caso de transformadores de
potencia monofásicos se puede realizar según configuración con
regulación en el secundario o en el primario, haciendo uso de un
equipo electrónico que, a través de un transformador serie inyecta
una tensión regulada que se añade o sustrae a la existente en el
secundario o primario del transformador de potencia
respectivamente.
El dispositivo electrónico puede ser un chóper
reductor, aunque podría utilizarse cualquier otra configuración. La
elección de sistemas electrónicos basados en la conmutación de
dispositivos, como el chóper de alterna reductor, se justifica por
su capacidad de generar idealmente una tensión de salida controlada
de forma continua en función de la tensión de entrada utilizando un
número mínimo de semiconductores que permiten conseguir esquemas
compactos con pérdidas reducidas.
El esquema de conexiones utilizado en el
transformador regulador se realiza de forma que las tensiones e
intensidades aplicadas a los dispositivos electrónicos sean lo más
reducidas posible. Además, si el sistema electrónico sólo se aplica
a la fracción de tensión regulada, los componentes armónicos
introducidos por la utilización de elementos electrónicos no
lineales se aplican sólo a dicha fracción de tensión.
Introduciendo un sistema inversor realizado
mediante contactores, triacs, o cualquier dispositivo de
funcionamiento similar se aumenta al doble el margen de regulación
del procedimiento.
Con el sistema inversor al realizar la operación
de cambio de sentido, la tensión inyectada por el devanado serie,
se resta a la existente en la red. De esta forma, si elegimos unas
relaciones de espiras adecuadas teniendo en cuenta este nuevo
efecto, se dobla el margen de regulación posible o, en su defecto,
se reduce a la mitad la potencia a controlar por la electrónica y
la inyección armónica debida a la utilización de la misma.
Realizando la conmutación de los interruptores
en los instantes en que apenas pasa intensidad por los mismos, no
es necesario disponer de dispositivos con un elevado poder de
corte, ni de sistemas que ayuden a reducir o eliminar los posibles
arcos eléctricos que suelen producirse en la utilización de
interruptores.
Existen casos en los que se puede pretender
utilizar un sistema electrónico con semiconductores de menor
potencia nominal que la que puede circular debido a la regulación,
como pueden ser los casos de transformadores de potencias
elevadas.
Así, en el caso de regulación en el secundario
del transformador de potencia, introduciendo varios primarios, la
corriente existente en cada arrollamiento queda dividida entre los
distintos bloques de semiconductores dispuestos en el primario del
transformador. Haciendo cruzar adecuadamente los instantes de
apertura y cierra de los interruptores que componen cada uno de los
chópers se consigue, además reducir los armónicos inyectados.
Con la configuración propuesta si se desea
dividir la intensidad por n, será necesario utilizar n chópers y n
devanados primarios en el transformador serie.
Del mismo modo se puede realizar una
configuración con regulación en el primario del transformador de
potencia.
Para reducir el tamaño del equipo, se pueden
montar los transformadores de potencia y de regulación sobre un
único núcleo magnético tanto en esquemas monofásicos como
trifásicos.
Así, en el caso de un transformador de potencia
monofásico, el núcleo magnético se compone de una ventana de
regulación y otra ventana de transformación; de forma que la
ventana de transformación es la que transforma la potencia y la
ventana de regulación ajusta la tensión de salida a su valor
deseado, siempre que la tensión existente en el secundario sea
soportable por la electrónica.
Es decir, en los transformadores de potencia
monofásicos con la configuración de un único núcleo magnético con
regulación tanto en el secundario como en el primario la ventana de
transformación corresponde al transformador de potencia, mientras
que la ventana de regulación corresponde al transformador serie de
regulación. En ambos casos de regulación, el sistema electrónico se
conecta directamente al secundario y la amplitud de la tensión de
entrada a la ventana de regulación, es regulada por el sistema
electrónico.
Así, la ventana de transformación, con n_{1} y
n_{2} espiras, y la ventana de regulación, con n_{s1} y
n_{s2} espiras, actúan como sendos transformadores de potencia
independientes con unos flujos magnéticos \Phi_{t} y
\Phi_{r}, respectivamente. En la columna magnética que
pertenece a ambas ventanas, el flujo magnético que circula por la
misma se obtiene de \Phi_{t} - \Phi_{r}.
A continuación para facilitar un mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompaña unas figuras en la que con carácter
ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
\sqbullet Figura 1.- "Procedimiento de
regulación continua de la relación de tensiones en
transformadores" con regulación en el secundario.
\sqbullet Figura 2 - "Procedimiento de
regulación continua de la relación de tensiones en
transformadores" con regulación en el primario.
\sqbullet Figura 3a - "Procedimiento de
regulación continua de la relación de tensiones en
transformadores" con conexión del equipo electrónico desde una
toma del transformador de potencia.
\sqbullet Figura 3b - "Procedimiento de
regulación continua de la relación de tensiones en
transformadores" con conexión del equipo electrónico desde el
primario del transformador de potencia.
\sqbullet Figura 3c - "Procedimiento de
regulación continua de la relación de tensiones en
transformadores" con conexión del equipo electrónico desde el
secundario del transformador de potencia.
\sqbullet Figura 3d - "Procedimiento de
regulación continua de la relación de tensiones en
transformadores" con conexión de equipo electrónico desde la
línea de salida.
\sqbullet Figura 4a - Chópers reductores según
conexión en triángulo para trasformadores trifásicos.
\sqbullet Figura 4b - Chópers reductores según
conexión en estrella para trasformadores trifásicos.
\sqbullet Figura 4c - Chópers reductores según
conexión en v para trasformadores trifásicos.
\sqbullet Figura 5a - Esquema de interruptores
que permite la realización del sistema inversor en posición
desactivado.
\sqbullet Figura 5b - Esquema de interruptores
que permite la realización del sistema inversor en posición
activado.
\sqbullet Figura 6 - Dos chópers y dos
devanados primarios en el transformador serie.
\sqbullet Figura 7a - Ejemplo de realización
de conexiones utilizando un núcleo de dos ventanas con regulación
en el secundario.
\sqbullet Figura 7b - Ejemplo de realización
de conexiones utilizando un núcleo de dos ventanas con regulación
en el primario.
\sqbullet Figura 8 - Ejemplo de realización de
conexiones utilizando un núcleo de dos ventanas con regulación en
el primario para trasformadores trifásicos
En ellas se numeran los siguientes detalles:
- 1.
- Transformador de potencia formado por tres devanados.
- 2.
- Transformador serie de regulación formado por dos devanados.
- 3.
- Equipo electrónico de regulación de tensiones.
- 4.
- Ventana de regulación.
- 5.
- Ventana de transformación.
Ejemplo de realización
preferente
A modo de ejemplo de realización preferente de
la invención el "Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores" se puede llevar a cabo
según regulación en el secundario tal como se muestra en el esquema
representado en la figura 1 o en su simétrico según regulación en
el primario, representado en la
figura 2.
figura 2.
El transformador de potencia (1) se compone de
tres devanados. El devanado n_{1} define el primario del
transformador y posee n_{1} espiras; el n_{2} define el
secundario con n_{2} espiras y el n_{r} define el devanado de
regulación del transformador de potencia, con n_{r} espiras.
El objetivo perseguido con este procedimiento es
el de obtener en la salida de los equipos una tensión,
U_{2l\text{í}nea}, regulada de forma continua de manera que pueda
mantenerse fija cuando la tensión existente en la entrada,
U_{1l\text{í}nea}, permanezca dentro de un determinado rango de
variación. Para ello, se va a utilizar un equipo electrónico que, a
través de un transformador serie (2), formado por dos devanados,
n_{s1} y n_{s2}, con n_{s1} y n_{s2} espiras respectivamente
inyecte una tensión regulada que se añada o sustraiga a la
existente en uno de los lados del transformador.
Observando la figura 1, se tiene que la tensión
que llega por la línea,
U_{1l\text{í}nea}-U_{1trafo}, al transformador
de potencia (1) se transforma según la relación de espiras a_{t},
resultando una tensión en el secundario del transformador
U_{2trafo}.
U_{2trafo} =
\frac{n_{2}}{n_{1}} U_{1trafo} = \frac{1}{a_{t}}
U_{1trafo}
Tal como se muestra en la figura 1, del mismo
transformador de potencia, se toma una tensión U_{re} que se va a
introducir en un dispositivo electrónico (3) que actúa corno un
transformador con una relación de tensiones fácilmente
regulable.
U_{re} =
\frac{n_{r}}{n_{1}} U_{1trafo} = \frac{1}{a_{r}}
U_{1trafo}
El dispositivo electrónico representado en las
figuras por un chóper reductor, aunque puede utilizarse cualquier
otra configuración, va a modificar la amplitud de la tensión de
entrada de forma que proporcione una tensión de salida
U_{rs}.
U_{rs} =
DU_{re} \hskip0.5cm con \hskip0.5cm D \ \in
[0,1]
El transformador serie (2) modifica la tensión
regulada U_{rs} a los valores de regulación necesarios en el
secundario del transformador mediante:
U_{2r} =
\frac{n_{s2}}{n_{s1}} U_{rs} = \frac{1}{a_{s}}
U_{rs}
La tensión U_{2r} se añade a la tensión del
secundario del transformador de potencia, obteniéndose la tensión
deseada U_{2l\text{í}nea}, comprobándose que dicho valor depende
de la regulación del sistema electrónico, D.
\newpage
U_{2l\text{í}nea} = U_{2trafo} +
U_{2r}
U_{2l\text{í}nea} =
\frac{k_{2}}{a_{t}} U_{1l\text{í}nea} \hskip0.5cm con \hskip0.5cm
k_{2} = 1 + \frac{a_{t}D}{a_{r}a_{s}}; \hskip0.5cm D \ \in
[0,1]
En el ejemplo de realización alternativo de la
figura 2, se puede observar que la tensión regulada que se obtiene
a la salida del equipo electrónico (3), U_{rs}, se añade o
sustrae a la tensión que llega por la línea, U_{1l\text{í}nea},
una vez modificada a los valores de regulación necesarios por el
transformador serie (2), U_{1r}. De esta forma se tiene una
tensión de entrada al transformador de potencia (1), ya regulada,
U_{1trafo}, con la finalidad de que la tensión de salida
U_{2l\text{í}nea}=U_{2trafo} quede fijada en su valor de
referencia variando la regulación del sistema electrónico, D.
U_{2l\text{í}nea} =
\frac{k_{1}}{a_{t}} U_{1l\text{í}nea} \hskip0.5cm con \hskip0.5cm
k_{1} = \frac{1}{1 - \frac{D}{a_{r}a_{s}}}; \hskip0.5cm D \
\in[0,1]
En las figuras 3a, 3b, 3c y 3d se muestran una
serie de variaciones alternativas a los sistemas de conexión del
equipo electrónico mostrado en la figura 1. Estas variantes también
pueden aplicarse para modificar la configuración de la figura 2. En
los casos de las figuras 3c y 3b el sistema de conexión propuesto
ofrece, además, la posibilidad de regular tensiones en una línea,
independientemente de la existencia o no de un transformador de
potencia.
Para la regulación electrónica de tensiones, se
ha preferido la utilización de sistemas capaces de reducir la
tensión, presentándose como posibilidad básica la utilización de un
chóper de alterna reductor (3) que en su versión monofásica queda
representado en las figuras 1 y 2, mientras que en las figuras 4a,
4b, 4c se introducen ejemplos preferentes de montaje trifásico.
Se ha elegido la utilización de sistemas
electrónicos basados en la conmutación de dispositivos, como ocurre
con el chóper de alterna reductor, debido a la posibilidad de éstos
de ofrecer, idealmente, una tensión de salida controlada de forma
continua en función de la tensión de entrada utilizando un número
mínimo de semiconductores que permiten conseguir esquemas compactos
con pérdidas reducidas.
El esquema de conexiones utilizado en el
transformador regulador para alimentar el sistema electrónico, se
justifica, entre otras razones, por que se requiere que las
tensiones e intensidades aplicadas a los dispositivos electrónicos
sean lo más reducidas posible. Puede comprobarse que la potencia
que las válvulas semiconductoras tienen que controlar, S_{elec},
es, como máximo, porcentualmente igual al margen de regulación
deseado si la referimos a la potencia nominal del transformador,
S_{trafo}. Así, si definimos el margen de regulación unitario,
\Deltareg_{pu}, como:
\Delta
reg_{pu} = \frac{U_{1máx} - U_{1m\text{í}n}}{a_{t}U_{2n}} =
\frac{U_{1máx} -
U_{1l\text{í}n}}{U_{1máx}}
se tiene, para los casos de
regulación en el secundario y en el
primario:
\frac{máx\{S_{elec}\}}{S_{trafo}}
= \frac{U_{1máx} - U_{1m\text{í}n}}{U_{1máx}} = \Delta
reg_{pu}
Una segunda característica, también fundamental,
que motiva la elección de este esquema de conexiones es que al
aplicar el sistema electrónico sólo a la fracción de tensión
regulada, los componentes armónicos introducidos por la utilización
de elementos electrónicos no lineales se aplican sólo a dicha
fracción de tensión. De esta forma, al añadirse la tensión
procedente de la red, las componentes armónicas porcentuales
inyectadas en la red se ven fuertemente reducidas, mejorándose
notablemente los índices de calidad de la onda eléctrica
generada.
Una técnica que posibilita el aumento del margen
de regulación del procedimiento, doblándolo, es la utilización
alternativa de un sistema inversor realizado mediante contactores,
triacs, o cualquier dispositivo de funcionamiento similar,
siguiendo el esquema mostrado en la figura 5a y 5b.
La idea de utilización del inversor parte de que
al realizar la operación de cambio de sentido, la tensión inyectada
por el devanado serie, se resta a la existente en la red. De esta
forma, si elegimos unas relaciones de espiras adecuadas teniendo en
cuenta este nuevo efecto, se dobla el margen de regulación posible
o, en su defecto, se reduce a la mitad la potencia a controlar por
la electrónica y la inyección armónica debida a la utilización de
la misma. Así, para el caso de regulación en el secundario se
tiene:
\newpage
U_{2l\text{í}nea} =
\frac{1}{a_{t}}\left(1 \pm \frac{a_{t}D}{a_{r}a_{s2}}\right)
U_{ 1l\text{í}nea} = \frac{1}{a_{t}} k_{2Inv} U_{1l\text{í}nea}
\hskip0.5cm con \hskip0.5cm D \ \in
[0,1]
y para el caso de regulación en el
primario:
U_{2l\text{í}nea} =
\frac{1}{a_{t}}\left(\frac{1}{1 \pm \frac{D}{a_{r}a_{s}}}\right)
U_{1l\text{í}nea} = \frac{1}{a_{t}} k_{1Inv} U_{1l\text{í}nea}
\hskip0.5cm con \hskip0.5cm D \ \in
[0,1]
La conmutación de los interruptores se realiza
en los momentos en los que D es prácticamente cero, por lo que
apenas pasa intensidad por los mismos. Este efecto provoca que no
sea necesario disponer de dispositivos con un elevado poder de
corte, ni de sistemas que ayuden a reducir o eliminar los posibles
arcos eléctricos que suelen producirse en la utilización de
interruptores.
Existen casos en los que se puede pretender
utilizar un sistema electrónico con semiconductores de menor
potencia nominal que la que puede circular debido a la regulación,
como pueden ser los casos de transformadores de potencias
elevadas.
En la figura 6 se muestra un método de
conexiones alternativo capaz de reducir la intensidad que circula
por los semiconductores, dividiéndola por el número de
arrollamientos dispuestos en el primario del transformador serie
con la ventaja de permitir reducir los armónicos inyectados si se
cruzan adecuadamente los instantes de apertura y cierra de los
interruptores que componen cada uno de los chópers.
La idea parte de que, al introducir varios
primarios, la corriente existente en cada arrollamiento queda
dividida entre los distintos bloques de semiconductores; así, para
n arrollamientos, en el caso de regulación en el secundario del
transformador de potencia se tiene una potencia a controlar,
S_{elec}, por cada bloque de:
I_{2l\text{í}nea} U_{2r} =
\sum\limits_{arrollamientos} I_{rs} U_{rs} = nI_{rs} U_{rs} \
\rightarrow \ S_{elec} = I_{rs}U_{rs} = \frac{\Delta
reg_{pu}}{n}
Del mismo modo se obtiene para regulación en el
primario:
S_{elec} =
I_{rs}U_{rs} = \frac{\Delta reg_{pu}}{n}
\frac{U_{1máx}}{U_{1m\text{í}n}}
En concreto, en la figura 6 se ha representado
dos chópers y dos devanados primarios en el transformador serie,
con lo que la intensidad que es necesario regular se divide entre
ambos chópers.
Como ya se ha señalado se va a reducir la
inyección armónica en las redes debido a que si se utiliza un
control de anchura de pulsos en cada uno de los sistemas
electrónicos de forma que vayan alternándose las conmutaciones de
los distintos equipos, se puede provocar la cancelación de los
armónicos introducidos a las frecuencias más bajas.
De forma alternativa, es posible reducir el
tamaño del equipo, montando los transformadores de potencia y de
regulación sobre un único núcleo magnético según se muestra en los
esquemas monofásicos de las figuras 7a y 7b o trifásico en la
figura 8. Así, las realizaciones de la figuras 7a y 7b se basan en
la utilización de un núcleo magnético compuesto por una ventana de
regulación (4) y otra de transformación (5), de forma que la
ventana de transformación (5) es la que transforma la potencia y la
ventana de regulación (4) ajusta la tensión de salida a su valor
deseado, siempre que la tensión existente en el secundario sea
soportable por la electrónica.
En el caso de regulación en el secundario figura
7a, la ventana de regulación (4) se va a dedicar a proporcionar una
tensión variable (U_{2r}) que se añadirá a la tensión que se
obtenga en el secundario de la ventana de transformación
(U_{2trafo}) para obtener la tensión de salida regulada
(U_{2l\text{í}nea}) En el caso de regulación en el primario
figura 7b, la ventana de regulación (4) va a proporcionar una
tensión (U_{1r}) que, añadida a la tensión de la
(U_{1l\text{í}nea}), proporciona la tensión regulada
(U_{1trafo}) que alimenta el devanado primario de la ventana de
transformación (5). En ambos casos, la amplitud de la tensión de
entrada a la ventana de regulación (U_{rs}), vendrá regulada por
el sistema electrónico.
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el
alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan.
Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos, así
como el propio equipo electrónico de regulación de tensiones son
susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una
alteración en la esencialidad del invento.
Claims (8)
1. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores caracterizado por
llevarse a cabo a partir de un transformador serie o transformador
de regulación (2) en el secundario (figura 1) que va a permitir
añadir una cierta tensión, U_{2r} a la que se obtiene del
devanado secundario del transformador de potencia (1)
U_{2trafo}.
2. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores según reivindicación 1
caracterizado porque la tensión que alimenta el
transformador de regulación (2) U_{rs}, se encuentra regulada por
un equipo electrónico (3) que permite variar la tensión que recibe
en su entrada U_{re}
3. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores según reivindicación 1 y
2, caracterizado porque, alternativamente, se puede montar
el transformador de regulación (2) en el primario (figura 2).
4. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores según reivindicación 1, 2
y 3, caracterizado porque, alternativamente, en un
transformador serie de regulación en el secundario, la alimentación
del sistema electrónico puede realizarse según toma intermedia del
secundario del transformador de potencia (figura 3a), según un
transformador independiente alimentado de bornas del primario del
transformador de potencia (figura 3b), según un transformador
independiente alimentado de bornas del secundario del transformador
de potencia (figura 3c) o a partir de la salida del equipo
transformador-regulador (figura 3d) y de forma
equivalente en un transformador serie de regulación en el
secundario.
5. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores según reivindicación 1, 2,
3 y 4, caracterizado porque, alternativamente, y en el caso
de transformadores trifásicos, el equipo electrónico de regulación
de tensiones se puede realizar según chópers reductores con
conexión en triángulo (figura 4a), conexión en estrella (figura 4b)
o conexión en V (figura 4c).
6. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores según reivindicación 1, 2,
3, 4 y 5, caracterizado porque, alternativamente, se puede
hacer uso del esquema de interruptores según sistema inversor
(figura 5a y 5b) aumentando el rango de regulación del equipo, o
reduciendo la potencia a controlar por la electrónica y, en
consecuencia, de la distorsión armónica que los equipos
electrónicos puedan inyectar.
7. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores según reivindicación 1, 2,
3, 4, 5 y 6, caracterizado porque, alternativamente, puede
utilizarse un sistema de división de intensidades (figura 6) que al
incorporar varios equipos electrónicos implica una reducción de la
potencia a controlar por cada uno de ellos, así como una reducción
de la inyección armónica del conjunto para señales portadora de
regulación de cada uno de los equipos electrónicos elegidos.
8. Procedimiento de regulación continua de la
relación de tensiones en transformadores según reivindicación 1, 2,
3, 4, 5, 6 y 7, caracterizado porque, alternativamente, se
pueden montar los transformadores de potencia y de regulación sobre
un único núcleo magnético en sistemas monofásicos con regulación en
el secundario o el primario según figuras 7a y 7b respectivamente,
o en sistemas trifásico según figura 8.
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| ES200500404A ES2277500B1 (es) | 2005-02-15 | 2005-02-15 | Procedimiento de regulacion continua de la relacion de tensiones en transformadores. |
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