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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR REDUCING THE INRUSH CURRENT OF AN INDUCTIVE LOAD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/189437
Kind Code:
A1
Abstract:
Method for reducing the inrush current of an inductive load, particularly a transformer, comprising the following steps: • a) connecting a DC power source (4) to the transformer for a time tc, to magnetize its magnetic core until saturation is reached, and connecting the transformer to the AC mains by means of an electromechanical switch (6), in an initially open position; • b) disconnecting the transformer from the DC power source (4), the magnetic flux being reduced to its residual value; • c) closing the electromechanical switch (6) to complete the connection, this connection point being determined by the phase angle selected from the sinusoidal signal of the voltage mains, in such a way that magnetic flux corresponding to the steady state voltage equals the residual magnetic flux that remains when the transformer is disconnected from the DC power source (4).

Inventors:
FOTROUSI FARZAD (ES)
Application Number:
PCT/ES2014/070482
Publication Date:
December 17, 2015
Filing Date:
June 11, 2014
Export Citation:
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Assignee:
INDRA SIST SSA (ES)
International Classes:
H02H9/00
Foreign References:
US20130175879A12013-07-11
US2710356A1955-06-07
US5216567A1993-06-01
US5642025A1997-06-24
Attorney, Agent or Firm:
ELZABURU MÁRQUEZ, Alberto de (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 .- Procedimiento para reducir ¡a intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, caracterizado porque comprende ¡os siguientes pasos:

a) Conexión de una fuente de alimentación de corriente continua (4) al transformador durante un tiempo te, para magnetizar su núcleo magnético hasta lograr su saturación, y conexión del transformador a la red eléctrica de alterna mediante un interruptor electromecánico (6), en posición inicialmente abierta.

b) Desconexión del transformador de ¡a fuente de alimentación de corriente continua (4), reduciéndose el flujo magnético a su valor residual c) Cierre del interruptor electromecánico (6) para efectuar la conexión, estando este punto de conexión determinado por el ángulo de fase seleccionado de la señal sinusoidal de tensión de la red eléctrica, de modo que el flujo magnético correspondiente a la tensión en régimen permanente coincide con el flujo magnético residual que queda al desconectar el transformador de la fuente de alimentación de corriente continua (4).

2 - Procedimiento para reducir ¡a intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, según la reivindicación 1 , en el que el transformador es un transformador monofásico (8) y los puntos de conexión están próximos a ¡os 3π/4 o 5π/4 radianes del paso por cero en flanco de subida de la tensión alterna de entrada.

3. - Procedimiento para reducir ¡a intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, según ¡a reivindicación 1 o 2, en el que el interruptor electromecánico es un relé de conmutación (1 1 ) de dos posiciones.

4. - Procedimiento para reducir ¡a intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, según cuaiquiera de ¡as reivindicaciones 1 a 3, en el que la conexión de la fuente de alimentación de corriente continua (4) al transformador se hace en e¡ primario de éste.

5. - Procedimiento para reducir la intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la conexión de la fuente de alimentación de corriente continua (4) al transformador se hace en el secundario de éste.

6. - Procedimiento para reducir la intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, según la reivindicación 1 , en el que el transformador es un transformador trifásico (16) con primario conectado en estrella y en el que:

- se aplica una corriente continua de valor ¡K entre dos fases (A, B) del primario del transformador (16) durante un tiempo te, estando desconectada la otra fase (C)

- se aplica la tensión entre fases VAB en puntos de conexión próximos a los 3π/4 o 5π/4 radianes activando los correspondientes interruptores electromecánicos (13, 14) de dichas fases.

- se activa la tensión de fase C, cerrando el interruptor electromecánico (15) de dicha fase, en el instante correspondiente a un paso por cero subiendo de la tensión VAB.

7. - Procedimiento para reducir la intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, según la reivindicación 1 , en el que el transformador es un transformador trifásico (18) con primario conectado en triángulo y en el que:

- se aplica una corriente continua de valor lK entre dos fases (A, B) del primario del transformador (18) durante un tiempo te, estando desconectada la otra fase (C)

- se aplica la tensión entre fases VAB en puntos de conexión próximos a los 3π/4 o 5π/4 radianes activando los correspondientes interruptores electromecánicos (13, 14) de dichas fases

- se cierra el interruptor electromecánico (15) de la fase C, en el instante correspondiente a un paso por cero subiendo de la tensión VAB.

REIVINDICACIONES MODIFICADAS

recibidas por la oficina Internacional el 09 de octubre de 2015 (09.10.2015)

1. · Procedimiento para reducir o eliminar la intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador monofásico (8), cuando es conectado a la red eléctrica de alterna mediante un interruptor electromecánico (6), que comprende los siguientes pasos:

a) conexión de una fuente de alimentación de corriente continua (4) a dicho transformador monofásico (8) durante un tiempo determinado tiempo necesario para magnetizar su núcleo magnético hasta lograr su saturación;

b) transcurrido dicho tiempo te, dicha fuente de alimentación de corriente continua (4) queda desconectada del transformador monofásico

(8) reduciéndose el flujo magnético a su valor residual;

c) cierre del interruptor electromecánico (6) en un instante determinado por ei ángulo de fase de la señal sinusoidal de la tensión de la red eléctrica;

caracterizado por que el instante de conexión está próximo a los 3π/4 o

5π/4 radianes del paso por cero en flanco de subida de la tensión alterna de entrada, de modo que el flujo magnético correspondiente a la tensión en régimen permanente, en ei instante de conexión, coincide con ei fiujo magnético residual que queda ai haber desconectado ei transformador de la fuente de alimentación de corriente continua (4).

2. - Procedimiento para reducir o eliminar la intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador monofásico (8), según la reivindicación 1, en el que el interruptor electromecánico es un relé de conmutación (10) de dos posiciones.

3. - Procedimiento para reducir o eliminar ia intensidad de arranque de una carga Inductiva, en concreto un transformador monofásico (8), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en ei que ia conexión de ia fuente de alimentación de corriente continua (4) af transformador monofásico (8) se hace en el primario de éste.

4.· Procedimiento para reducir o eliminar la Intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador monofásico (8), según cualquiera de fas reivindicaciones 1 a 2, en el que la conexión de ta fuente de alimentación de corriente continua (4) al transformador monofásico (8) se hace en el secundario de éste. 5.- Procedimiento para reducir o eliminar la intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador trifásico (16) con primario conectado en estrella, cuando es conectado a la red eléctrica trifásica de alterna mediante un Interruptor electromecánico (6), que comprende los siguientes pasos:

a) conexión de una fuente de alimentación de corriente continua (4) al primario de dicho transformador trifásico (16), aplicando una corriente continua de valor Ik entre dos fases (A, B) de) primarlo del transformador trifásico (16), manteniendo la otra fase (C) desconectada, durante un tiempo determinado tc, tiempo necesario para magnetizar su núcleo mag- nético hasta lograr su saturación;

b) transcurrido dicho tiempo to, dicha fuente de alimentación de corriente continua (4) queda desconectada del transformador bifásico (16) reduciéndose el flujo magnético a su Valor residual;

c) conexión dei transformador trifásico (16) a la red eléctrica de at- terna aplicando la tensión entre fases VAB mediante la activación de los correspondientes interruptores electromecánico* (13, 14) de dichas fases y aplicación posterior de la tensión de fase Vc, cerrando el interruptor electromecánico (15) de dicha fase;

caracterizado por que la aplicación de ia tensión entre fases VAB se realiza en un instante próximo a los 3π/4 o 5π/4 radianes tras el paso por cero en flanco de subida de la tensión VAB, y la posterior aplicación de la tensión de fase Vc tiene lugar en el instante correspondiente a un paso por cera en flanco de subida de la tensión VAB.

6.· Procedimiento para reducir o eliminar la Intensidad de arranque de una carga Inductiva, en concreto un transformador trifásico (18) con primario conectado en triángulo, cuando es conectado a la red eléctrica trifásica de alterna mediante un interruptor electromecánico (6), que comprende los siguientes pasos:

a) conexión de una fuente de alimentación de corriente continua (4) ai primario de dicho transformador trifásico (18). aplicando una corriente continua de valor lk entre dos tases (A, B) del primario del transformador trifásico (18), manteniendo la otra fase (C) desconectada, durante un tiempo determinado to, tiempo necesario para magnetizar su núcleo magnético hasta lograr su saturación;

b) transcurrido dicho tiempo to, dicha fuente de alimentación de corriente continua (4) queda desconectada del transformador trifásico (16) reduciéndose el flujo magnético a su valor residual;

c) conexión del transformador trifásico (18) a la red eléctríca de alterna aplicando la tensión entre fases VAB mediante la activación de los correspondientes Interruptores electromecánicos (13, 14) de dichas fases y aplicación posterior de la tensión de fase Vc, cerrando el interruptor electromecánico (15) de dicha fase;

caracterizado por que la aplicación de la tensión entre fases VAB se realiza en un instante próximo a los 3π/4 o 5π/4 radianes tras el paso por cero en flanco de subida de la tensión VAB, y la posterior aplicación de la tensión de fase Vc tiene lugar en el instante correspondiente a un paso por cero en flanco de subida de la tensión VAB.

Description:
PROCEDIMIENTO PARA REDUCIR LA INTENSIDAD DE ARRANQUE

DE UNA CARGA INDUCTIVA CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento para reducir la intensidad de arranque de una carga inductiva, de especial aplicación en la supresión de la corriente de arranque durante la conexión de transfor- madores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Uno de los problemas habituales ai poner en marcha una máquina eléctrica es que la intensidad de arranque es mucho más alta que la intensidad nominal, lo que puede ser perjudicial para la máquina y para la red eléctrica.

En el caso concreto de la conexión de transformadores, cuando un transformador recibe alimentación, pueden producirse corrientes transito- rias con un valor varias veces superior a su corriente nominal. La duración e intensidad de esta corriente viene determinada por aspectos constructivos del transformador, la resistencia de la línea y fundamentalmente del flujo residual del transformador y del instante de conexión.

Según el momento en que se aplique la tensión de alimentación ai transformador, la onda de flujo magnético puede llegar a alcanzar un valor de cresta superior a dos veces su valor máximo en condiciones normales de funcionamiento. Esto hace que el valor del flujo magnético supere con mucho el codo de saturación de la curva característica de magnetización del transformador.

La corriente de primario necesaria para producir ese valor de flujo puede llegar a ser muchas veces superior a la corriente nominal del trans- formador. Se trata de ¡a corriente de "¡nrush" o corriente de arranque del transformador.

Son conocidos ios problemas que estos altos niveles de corriente causan sobre la estructura física del transformador, hasta el punto de op- tar por no desenergizarlo para no someterlo al estrés causado ai energi- zarlo de nuevo, lo que hace que el transformador esté conectado a la red eléctrica de manera permanente.

Existen diversas soluciones técnicas de procedimientos para limitar la corriente de arranque que se produce en la conexión a la red eléctrica de un transformador mediante la premagnetización del núcleo magnético del primario del transformador y el control del ángulo de fase de la tensión de la red.

El documento de patente US5216567 A describe un dispositivo limitador de la corriente de arranque de un transformador en el que se es- tablecen unas condiciones magnéticas del núcleo magnético del primario determinadas y se controla el ángulo de fase de la tensión de la red. Dicho documento proporciona un dispositivo del tipo anteriormente mencionado que sin requerir intervención alguna en el diseño de la fuente de alimentación permita proporcionar la potencia total disponible, sin retardo apreciable, tras la conexión de la fuente de alimentación y suprima los picos de la corriente de arranque.

La solución aportada consiste en un condensador conectado por un lado en paralelo a un transformador y conectado por otro lado en serie con un interruptor de corriente alterna, una resistencia de carga y un recti- ficador. Cuando un circuito de reconocimiento de desconexión de la red (accidental o voluntaria) detecta la desconexión de la red se produce el disparo del interruptor de corriente alterna iniciando transcurridos varios miiisegundos la descarga del condensador hacia el núcleo magnético del primario del transformador.

La descarga del condensador establece unas condiciones determinadas y conocidas de magnetización del núcleo magnético del primario del transformador por lo que el transformador puede conectarse a la red en un ángulo de fase preseleccionable entre 90° y 0º antes de un paso por cero de la tensión de la red, es decir, entre 90° y 180° en el vientre negativo o positivo de la señal sinusoidal. Con ello se logra limitar la corriente de arranque al valor de corriente de carga antes del paso por cero de la tensión de la red.

No obstante, el dispositivo descrito en este documento está conectado al primario mediante una electrónica de potencia incapaz de soportar tensiones elevadas, lo que hace que no sea de aplicación a alta tensión. Asimismo, se limita la corriente de arranque pero no se suprime y la pre- magnetización del núcleo magnético del primario del transformador se realiza mediante la descarga de un condensador.

El documento de patente US5642025 A describe un procedimiento y un aparato para la reducción de la corriente de arranque de un transformador trifásico conectado a una carga rotativa en el que se establecen unas condiciones magnéticas de cada rama del núcleo magnético del primario determinadas y se controla el ángulo de fase de la tensión de la red. Dicho documento proporciona un procedimiento y un aparato del tipo anteriormente mencionado mediante el cual una carga rotativa pueda ser conectada incluso en el caso de condiciones de carga variables con una corriente de arranque considerablemente reducida, preferiblemente prácticamente despreciable.

La solución aportada consiste en crear un patrón de magnetización de las ramas del núcleo magnético del primario que permita conocer en cada instante las condiciones magnéticas de cada rama, con lo que pue- de conectarse en el momento oportuno, evitando así un exceso de corriente de arranque.

El aparato descrito cuenta con servocom ponentes, conectados a un control que tiene un control de secuencia y un control de ángulo de fase, que pueden ser controlados de manera que puedan realizarse dife- rentes ángulos de corriente y secuencias de conexión. Los servocompo- nentes son triacs, tiristores o una combinación de interruptores electromecánicos e interruptores semiconductores. En el caso de la combinación de interruptores electromecánicos e interruptores semiconductores, cuando el transformador está conectado completamente a la red, los interruptores semiconductores se puentean mediante contactos mecánicos.

Este documento describe el uso de interruptores electromecánicos en combinación con interruptores semiconductores, puenteándose ios interruptores semiconductores cuando el transformador está conectado completamente a la red. Dichos interruptores semiconductores son incapaces de soportar tensiones elevadas por lo que no son de aplicación en alta tensión.

Un inconveniente de los sistemas de la técnica anterior es que no sirven para alta tensión, ya que están conectados al primario mediante una electrónica de potencia que no soporta tensiones elevadas.

Por tanto, sería deseable obtener un procedimiento que limite o su- prima la corriente de arranque durante la conexión de la carga en alta tensión,

SUMARIO DE LA INVENCIÓN El sistema de la presente invención permite conseguir el objetivo anteriormente señalado y solventar los problemas existentes en el estado de la técnica.

La invención proporciona un procedimiento para reducir la intensidad de arranque de una carga inductiva, en concreto un transformador, que comprende ios siguientes pasos:

a) Conexión de una fuente de alimentación de corriente continua al transformador durante un tiempo te, para magnetizar su núcleo magnético hasta lograr su saturación, y conexión del transformador a la red eléctrica de alterna mediante un interruptor electromecánico, en posición iniciaimente abierta.

b) Desconexión del transformador de la fuente de alimentación de corriente continua, reduciéndose el flujo magnético a su valor residual c) Cierre del interruptor electromecánico para efectuar la conexión, estando este punto de conexión determinado por el ángulo de fase seleccionado de la señal sinusoidal de tensión de la red eléctrica, de modo que el flujo magnético correspondiente a la tensión en régimen permanente coincide con el flujo magnético residual que queda al desconectar el transformador de la fuente de alimentación de corriente continua.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Fig. 1 : muestra un esquema de conexión y control para alimentar un transformador monofásico suprimiendo la corriente de arranque de acuerdo con la invención.

Fig. 2: representa un gráfico con la tensión alterna de alimentación de la Fig. 1 , el flujo magnético residual y el flujo magnético correspondiente a la tensión, y la activación del relé de potencia en 3π/4.

Fig. 3: muestra un esquema alternativo de conexión y control para alimentar un transformador monofásico suprimiendo la corriente de arranque de acuerdo con la invención.

Fig. 4: muestra otro esquema alternativo de conexión y control para alimentar un transformador monofásico suprimiendo la corriente de arranque de acuerdo con la invención.

Fig. 5: muestra un esquema de conexión y control para alimentar un transformador trifásico con el primario conectado en estrella suprimiendo la corriente de arranque de acuerdo con la invención.

Fig. 6: muestra los flujos magnéticos en el transformador trifásico en estrella.

Fig. 7: muestra un gráfico con la tensión alterna de alimentación entre las fases A y B de la Fig. 5 (V AB ), el flujo magnético residual, el flujo magnético en la columna A causado por la tensión V AB , el flujo magnético en la columna B causado por la tensión V AB , el flujo magnético en la columna C causado por la tensión V AB , y la activación de los relés de potencia de fase A y fase B en 3π/4. Fig. 8: muestra un gráfico con la tensión alterna de alimentación entre las fases A y B de la Fig. 5 (V AB ), el flujo magnético residual, el flujo magnético en la columna A causado por la tensión V AB , el flujo magnético en ¡a columna B causado por la tensión V AB , el flujo magnético en la columna C causado por la tensión V AB , y la activación de los relés de potencia de fase A y fase B en 5π/4.

Fig. 9: muestra muestra las tensiones V A, V B y V C del sistema trifásico equilibrado y la tensión V A B. Se representan también los flujos∅ A ,∅ B y∅ C correspondientes a cada una de las tensiones de fase, y se indica la activación del relé de potencia de la fase C.

Fig. 10: muestra un esquema de conexión y control para alimentar un transformador trifásico con el primario conectado en triángulo suprimiendo la corriente de arranque de acuerdo con la invención.

Fig. 1 1 : muestra los flujos magnéticos en el transformador trifásico en triángulo.

Fig. 12: muestra un gráfico con la tensión alterna de alimentación entre las fases A y B de la Fig. 10 (V AB ), el flujo magnético residual, el flujo magnético en la columna A causado por la tensión V AB , el flujo magnético en la columna B causado por la tensión V AB , el flujo magnético en la columna C causado por la tensión V AB , y la activación de los relés de potencia de fase A y fase B en 3π/4.

Fig. 13: muestra un gráfico con la tensión alterna de alimentación entre las fases A y B de la Fig. 10 (V AB ), el flujo magnético residual, el flujo magnético en la columna A causado por la tensión V AB , el flujo magnético en la columna B causado por la tensión V AB , el flujo magnético en la columna C causado por la tensión V AB , y la activación de los relés de potencia de fase A y fase B en 5π/4.

Fig. 14: muestra la tensión V AB, y las tensiones V BC y V CA que aparecen en el transformador de la Fig. 10 al activar el relé de potencia de la fase C. Se representan también los flujos magnéticos∅ AB ,∅ BC y∅ CA correspondientes a las tensiones entre fases. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Las referencias de las figuras se corresponden con los siguientes elementos:

I . - Alimentación monofásica de entrada.

2 - Transformador de medida.

3.- Sistema de control para transformador monofásico.

4.- Alimentación de corriente continua.

5. - Controlador de fase.

6. - Interruptor de potencia.

7. - Conmutador de corriente continua.

8. - Transformador monofásico.

9.- Relé estándar.

10.- Relé de seguridad.

I I . - Relé de conmutación de 2 posiciones.

12. - Alimentación trifásica de entrada.

13. - Relé de potencia fase A.

14.- Relé de potencia fase B.

15. - Relé de potencia fase C.

16. - Transformador trifásico con primario en estrella.

17. - Sistema de control para transformador trifásico.

18. - Transformador trifásico con primario en triángulo.

La figura 1 muestra el esquema de conexión y control para alimentar un transformador monofásico 8 suprimiendo la corriente de arranque.

El sistema de control 3 requiere disponer de una muestra de la ten- sión alterna de entrada, acceder ai solenoide de activación del interruptor de potencia 6 y una vía de conexión con el primario del transformador 8 que se va a energizar. Para saturar el núcleo del transformador 8 se debe energizar éste durante un semi-ciclo de la tensión máxima de entrada. Para un transformador diseñado para trabajar con una señal sinusoidal del tipo: * sen(wt) serían necesarios [Voitios*Segundo], (resultado de integrar v(t) entre 0 y T/2), donde T representa el periodo de la señal. Esta cantidad habría que incrementarla en un 20% aproximadamente ya que los transformadores suelen diseñarse para que su tensión máxima de trabajo sea alrededor de un 20% superior a su tensión nomi- nal.

El sistema de control 3 propuesto, manteniendo abierto el interruptor de potencia 8, aplicará una corriente continua al primario del transformador 8 durante un tiempo t c de manera que se entregue la cantidad de Voltios* Segundo necesaria, es decir:

Por ejemplo, para un transformador de tensión nominal 230V a 50Hz serían necesarios 2,48V de DC para saturarlo en 1 Seg. De esta forma se consigue la saturación del núcleo del transformador 8. Cuando cesa el pulso aplicado, al cortar la aplicación de corriente continua, el flujo se reducirá a su valor residual o remanente positivo.

Se aplicará ahora la tensión alterna de alimentación de manera que haya continuidad de flujo, es decir, se aplicará en el instante en el que el flujo correspondiente a la tensión en régimen permanente, coincide con el flujo residual.

Habiendo alimentado en DC el primario del transformador 8 como se indica en la figura 1 , es decir con positivo conectado a la línea identificada como "Phase" y negativo conectado a la línea identificada como "N" (Neutro), en cada ciclo de la tensión alterna de alimentación habrá dos instantes (ver figura 2) en los que se conseguirá la continuidad de flujo indicada, los cuales estarán próximos a los 3π/4 y 5π/4 radianes del paso por cero en flanco de subida de la tensión de "Phase" de entrada. Acti- vando la alimentación de corriente alterna en cualquiera de estos puntos se reduce de manera óptima la corriente de arranque, llegando incluso a su anulación.

Para cada modelo de transformador habrá que encontrar, en la práctica, el instante óptimo de activación. Utilizando directamente cualquiera de los valores de fase indicados: 3π/4 ó 5π/4, se obtendrá, en cualquier caso, una importante reducción de la corriente de arranque.

Se debe conocer el retardo de activación del interruptor de potencia 6 para activar su solenoide con el adelanto necesario, de modo que el cierre se produzca en el instante adecuado.

La figura 3 muestra una opción alternativa de la configuración de la figura 1 en la cual, utilizando un relé de conmutación 18 de dos posicio- nes, se asegura mecánicamente que la tensión de la línea no esté presente en el sistema de control 3 cuando el transformador 8 se encuentre alimentado.

La figura 4 muestra otra opción alternativa consiste en realizar la conexión de DC para la inyección de corriente de saturación a través del secundario del transformador 8 en lugar de utilizar el primario.

En cuanto a la aplicación a transformadores trifásicos, hay que distinguir entre transformadores trifásicos con primario conectado en estrella y transformadores trifásicos con primario conectado en triángulo. La figura 5 muestra el esquema de conexión y control para suprimir la corriente de arranque al alimentar un transformador trifásico 18 con el primario conectado en estrella.

El sistema de control 17 para transformador trifásico 16 requiere disponer de una muestra de la tensión de entrada entre dos fases (A y B por ejemplo) considerando una rotación de fases A-B-C. Requiere también el acceso a los tres solenoides de activación de ios interruptores de potencia 13, 14, 15 y una vía de conexión con el primario del transformador 16 que se va a energizar. El sistema de control 17 propuesto, manteniendo abiertos los tres interruptores de potencia 13, 14, 15, aplicará una corriente continua entre las fases A y B del primario del transformador 16, de valor l K durante un tiempo t c , tal como se ha descrito para el transformador monofásico 8.

De esta forma se crea un flujo de saturación en las columnas de los devanados A y B del núcleo del transformador 16.

En la figura 6 se observan estas corrientes de valor l K y los flujos magnéticos en el transformador trifásico 16 en estrella.

El sistema de control 17 inyecta una corriente continua entre las fa- ses A y B, manteniendo desconectado el devanado de la fase C. Las corrientes l A e l B serán iguales, de sentido contrario y de valor l K . Por lo tanto:∅ A =∅ B y∅ C = 0. Cuando cese el pulso aplicado, al cortar la aplicación de corriente continua, el flujo se reducirá a su valor residual o remanente. Tras cortar el pulso de corriente continua, se aplicará la tensión al- terna de alimentación de manera que haya continuidad de flujo, es decir que el flujo residual coincida con el flujo correspondiente a la tensión aplicada en régimen permanente. En la figura 7 se representa la tensión entre fases A y B (V AB =V A - V B ) y los flujos en las columnas A, B y C cuando únicamente está aplicada esta tensión, es decir antes de aplicar la tensión de fase V C . Se representa como:∅ A-AB el flujo en la columna A causado por la tensión V AB ,∅ B-AB el flujo en la columna B causado por la tensión V AB y∅ C-AB el flujo en la columna C causado por la misma la tensión V AB . Éste último es nulo.

En esta figura se muestran también los flujos residuales en las columnas A, B y C, identificados como∅ R-A ,∅ R-B y∅ R-C .

Habiendo aplicado una tensión continua entre las fases A y B del primario del transformador 16 como se muestra en la figura 5, es decir con positivo conectado a la línea identificada como fase "A" y negativo conectado a la línea identificada como fase "B", en cada ciclo de la tensión entre fases V A -V B habrá dos instantes en los cuales el flujo∅ A-AB , en régimen permanente, corta a la línea que representa el flujo residual∅ R-A , Uno de estos instantes (φ-ι) situado en torno al valor de desfasaje φ=3π/4 y otro (φ 2 ) en torno a φ=5π/4. La misma descripción es aplicable al flujo ∅ B-AB y el flujo residual∅ R-A , Si se aplica la tensión entre fases V AB en cualquiera de estos puntos no se producirá discontinuidad de flujo y por lo tanto no habrá corriente de Inrush. La figura 8 muestra la activación de la tensión entre fases V AB en el instante correspondiente ai valor de desfasaje φ 2 .

Para completar la alimentación del transformador trifásico 16 conectado en estrella tenemos que activar la tensión de fase C, cerrando el interruptor de potencia 15 de esta fase sin que se produzca discontinuidad de flujo en el núcleo del transformador 16.

La figura 9 muestra las tensiones V A V B y V c del sistema trifásico equilibrado y la tensión V AB que hasta ahora está aplicada en el transformador 16. Se representan también los flujos∅ A ,∅ B y∅ C correspondientes a cada una de las tensiones de fase. Se aplicará la tensión V c en el instante correspondiente al desfasa- je φ 3 indicado en la figura. Este instante corresponde con un paso por cero subiendo de la tensión V AB .

Para evitar que se produzca discontinuidad de flujo, en el instante elegido de activación de la fase V c se debe cumplir que ios flujos en las tres columnas del transformador 16 antes de activar V c coincidan con los que corresponden en régimen permanente, después de activarla. Es decir, los valores de flujo en las columnas A y B en el instante φ 3 en la figura 8 deben coincidir con los valores de flujo en las columnas A y B en el instante φ 3 en la figura 9. Y eL flujo en la columna C debe mantenerse nulo.

Ai activar la tensión V c (en φ 3 ) el transformador 16 toma las tensiones y flujos representados en la figura 9. Antes de aplicar la tensión V c , la amplitud de la tensión en el devanado de la columna A es la mitad de la tensión entre fases V AB y está en fase con ella. Tras aplicar V c , la tensión en el devanado de la columna A aumenta su amplitud en un factor 2 y su fase se retrasa π/6.

El flujo en la columna A evoluciona de la misma forma que la tensión en ese devanado, en el punto 2 de la figura 8, antes de aplicar la tensión V c , el valor del flujo es En el punto 2 de la figura 9,

después de activar V c , el flujo en la columna A (∅ A ) aumenta su amplitud en un factor y retrasa π/6 respecto a tomando el valor:

El mismo valor de flujo que antes de aplicar V c . Lo mismo ocurre en el punto 1 con respecto a∅ B-AB y∅ B . En este caso∅ B va adelantado ττ/6 respecto a∅ B-AB .

Por último, como φ 3 corresponde con un instante en el que la ten- sión de fase V C pasa por un máximo, el flujo en la columna del devanado C será nulo en φ 3 , coincidiendo con el valor de flujo que antes de ese instante hay en esta columna.

De manera que coinciden los valores de flujo antes y después deφ 3 . Aplicando la tensión de fase V C en φ 3 no hay discontinuidad de flujos en el núcleo del transformador 16, eliminando así la corriente de Inrush,

Como se ha visto anteriormente, aplicando las tensiones de fase V A , V B y V C en ios puntos indicados se reduce de manera óptima la co- rriente de arranque de un transformador trifásico 16 con primario conectado en estrella, llegando incluso a su anulación.

Para cada modelo de transformador habrá que encontrar, en la práctica, el instante óptimo de activación. No obstante, utilizando directamente los valores de desfasaje: φ 1 =3π/4 ó φ 2 =5π/4 para V A -V B , y el co- rrespondiente φ 3 para V C se obtendrá, en cualquier caso, una importante reducción de la corriente de arranque.

La figura 10 muestra el esquema de conexión y control para suprimir la corriente de arranque al alimentar un transformador trifásico 18 con el primario conectado en triángulo. Igual que para el transformador trifásico 16 conectado en estrella, el sistema de control 17 para transformador trifásico conectado en triángulo requiere disponer de una muestra de la tensión de entrada entre dos fases, el acceso a ios tres soienoides de activación de los interruptores de potencia 13, 14, 15 y una vía de conexión con el primario del transformador 18 que se va a energizar. El sistema de control 17 propuesto, manteniendo abiertos los tres interruptores de potencia 13, 14, 15, aplicará un pulso de corriente continua entre las fases A y B del primario del transformador 18, de valor l K durante un tiempo t c , tal como se ha descrito para el transformador mono- fásico 8. La fase C se mantiene desconectada.

En este caso, la corriente l K circulará por los devanados A, B y C como se indica en la figura 1 1 , siendo l 1 la corriente que circula por el devanado A e ¡ 2 la que circula por los devanados B y C.

Considerando que los tres devanados tengan una impedancia simi- lar, se cumplirá que l 1 = 2*l 2 y el flujo ∅ A creado en la columna A tendrá un valor aproximadamente doble que ∅ B y ∅ C . Cuando cese el pulso de DC aplicado, el flujo en el núcleo del transformador 18 se reducirá a su valor residual.

Tras cortar el pulso de corriente continua, se aplicará la tensión al- terna de alimentación de manera que haya continuidad de flujo, es decir que el flujo residual coincida con el flujo correspondiente a la tensión aplicada en régimen permanente.

En la figura 12 se representa la tensión entre fases A y B (V AB =V A - V B ) y los flujos en las columnas A, B y C cuando únicamente está aplicada esta tensión, es decir antes de aplicar la tensión de fase V C . Se representa como ∅ A-AB el flujo en la columna A causado por la tensión V AB . Los flujos debidos a la tensión V AB en las columnas B y C son iguales y se representan como ∅ B-AB y ∅ C-AB . Se muestran también en esta figura ios valores de flujo residual en las columnas A, B y C identificados como ∅ R-A

Habiendo aplicado una tensión continua entre las fases A y B del primario del transformador 18 según la figura 10, es decir con positivo conectado a la línea identificada como fase "A" y negativo conectado a la línea identificada como fase "B", en cada ciclo de la tensión entre fases VA-VB habrá dos instaníes en los cuales el flujo∅ A-AB , en régimen permanente, corta a la línea que representa el flujo residual∅ R-A , Uno de estos instantes (φ 1 ) situado en torno ai valor de desfasaje (figura 12) y otro (φ 2 ) en torno a φ=5π/4 (figura 13). Si se aplica la tensión entre fases V AB en cualquiera de estos puntos no se producirá discontinuidad de flujo y por lo tanto no habrá corriente de Inrush.

La figura 13 muestra la aplicación de la tensión entre fases V AB activando ios interruptores de potencia 13, 14 de las fases A y B en φ 2. Desde el momento en que se aplica la tensión entre fases V AB , el flujo circulante por la columna del devanado A circulará también por las columnas de los devanados B y C, en sentido contrario y siendo |∅ B-

Al cerrar el interruptor de potencia 15 de la fase C aparecen en el transformador 18 las tensiones entre fases V BC y V CA , a las que les corresponden los flujos∅ BG y∅ CA respectivamente, como se muestra en la figura 14. En el caso de transformador trifásico 18 conectado en triángulo, el cierre del interruptor de potencia 15 de la fase C no produce variación en la tensión aplicada ai devanado de la columna A. En concreto, cerrando el interruptor de potencia 15 de la fase C en un paso por cero subiendo de la tensión V AB 3 en las figuras) el flujo en la columna del devanado A no variará (ya que no variará la tensión en ese devanado) de modo que el flujo∅ A-AB antes de aplicar V c (punto 2 en la figura 12 y en la figura 13) coincidirá con el flujo en régimen permanente ∅ AB tras aplicar V c (punto 2 en la figura 14).

Por otro lado, en régimen permanente, los pasos por cero de la tensión entre fases V AB corresponden con máximos o mínimos de flujo ∅ AB y por lo tanto con instantes en ios que∅ BC y∅ CA son iguales, de valor ½∅ AB y de sentido contrario. En φ 3, los flujos ∅ B-AB y∅ C-AB circulantes por las columnas B y C antes de cierre del interruptor de potencia 15 de fase C (de valor ½∅ A-AB y sentido contrario a 0A-AB) identificados con el punto 1 en la figura 12 y en la figura 13, serán también iguales a los correspondientes al régimen permanente en ese punto (∅ BC y ∅ CA en el punto 1 de la figura 14), consiguiendo por lo tanto continuidad de flujo y suprimiendo así la corriente de Inrush.

Es importante hacer notar que el procedimiento de la invención emplea únicamente interruptores electromecánicos, y no componentes de electrónica de potencia, lo que permite que aguanten la conexión a redes de alta tensión. Asimismo, con este procedimiento se puede eliminar al 100% el problema de la intensidad de arranque y sus picos.

Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en co- nexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.