I 2 (t) - Patricio Concha

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Transcript I 2 (t) - Patricio Concha

Universidad del Bio – Bio.
Tema : Transformadores
Iniciativa del alumno Juan Concha z.
Generalidades
Transformador
elemental
Flujo magnético
I1
Se utilizan en redes eléctricas para
convertir un sistema de tensiones
(mono - trifásico) en otro de igual
I2
V1
frecuencia y > o < tensión
V2
La conversión se realiza prácticamente sin pérdidas
Secundario
Primario
Núcleo de chapa
magnética aislada
Transformador elevador: V2>V1, I2<I1
PotentradaPotenciasalida
Las intensidades son inversamente
proporcionales a las tensiones en
cada lado
Transformador reductor: V2<V1, I2>I1
Los valores nominales que definen a un transformador son: Potencia
aparente (S), Tensión (U), I (corriente) y frecuencia (f)
Aspectos constructivos:
circuito magnético I
I1
En la construcción del núcleo se
utilizan chapas de acero aleadas
con Silicio de muy bajo espesor
(0,3 mm) aprox.
I2
V1
V2
El Si actùa como un “lubricante molecular”,
disminuyendo la fricciòn entre los dipolos
magnèticos que cambian de orientaciòn
(pèrdidas por histèresis magnètica)
Las chapas son aisladas entre sì, y se obtienen por LAMINACIÓN EN FRÍO: Esto,
mejora sus propiedades magnèticas.
5
4
Corte
a 90º
Corte a 45º
Montaje
chapas núcleo
3
2
1
La secciòn del
nùcleo puede ser
circular, o
rectangular.
Lo ideal, es que sea
circular.
600-5000 V
Aspectos constructivos: devanados y
aislamiento I
Diferentes formas
constructivas de
devanados según
tensión y potencia
4,5 - 60 kV
Los conductores de los devanados están aislados entre sí:
En transformadores de baja potencia y tensión se utilizan
hilos esmaltados. En máquinas grandes se emplean
pletinas rectangulares encintadas con papel impregnado
en aceite
> 60 kV
El aislamiento entre devanados se realiza dejando
espacios de aire o de aceite entre ellos
La forma de los devanados es normalmente circular
El núcleo está siempre conectado a tierra. Para evitar
elevados gradientes de potencial, el devanado de baja
tensión se dispone más cercano al núcleo
Aspectos constructivos:
devanados y aislamiento II

Estructura
devanados:
trafo
monofásico
Aislante
Primario
Secundario
Secundario
Primario
Núcleo con 3
columnas
Núcleo con 2 columnas
Aislante
Primario
Primario
Secundario
Concéntrico
Aislante
Alternado
Secundario
Aspectos constructivos:
devanados y aislamiento III
Catálogos comerciales
Conformado conductores
devanados
Catálogos comerciales
Fabricación núcleo:
chapas magnéticas
Aspectos constructivos:
refrigeración
1 Núcleo
1’ Prensaculatas
2 Devanados
3 Cubeta
4 Aletas refrigeración
5 Aceite
6 Depósito expansión
7 Aisladores (BT y AT)
8 Junta
9 Conexiones
10 Nivel aceite
11 - 12 Termómetro
13 - 14 Grifo de vaciado
15 Cambiador de derivaciones
16 Relé Buchholz
17 Cáncamos transporte
18 Desecador aire
19 Tapón llenado
20 Puesta a tierra
 Transformadores de potencia medida... E. Ras Oliva
Aspectos constructivos:
trafos trifásicos I
Catálogos comerciales
Transformadores
en baño de aceite
Aspectos constructivos:
trafos trifásicos II
Catálogos comerciales
OFAF
Transformador
seco
Aspectos constructivos:
trafos trifásicos III
5000 kVA
Baño de
aceite
2500 kVA
Baño de aceite
1250 kVA
Baño de aceite
Catálogos comerciales
10 MVA
Sellado con N2
10 MVA
Sellado con N2
Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV
Catálogos comerciales
Seco
Catálogos comerciales
En aceite
Secciones de transfomadores
en aceite y secos
Principio de funcionamiento
(vacío)
Transformador
en vacío
 (t)
LTK primario:
I0(t)
I2(t)=0
e1(t)
U1(t)
e2(t)
U1(t )  e1(t )  0
Ley de Lenz:
U2(t)
U1(t )  e1(t )  N1 
El flujo es
senoidal
d(t )
dt
(t )  m  Sent
R devanados=0
U1(t )  Um  Cos t  N1  m    Cos t
U1ef  E1ef 
Fem
eficaz
1
 2f  N1  m  4,44  f  N1  m
2
E1ef  4,44  f  N1  S  Bm
La tensión aplicada
determina el flujo
máximo de la máquina
rt 
Tensión
eficaz
Um  N1  2f  m
Repitiendo el proceso
para el secundario
E1ef
U1ef
N
 1 
E2 ef N2 U2( vacío)
Tensión
máxima
e 2 (t )  N2 
d(t )
dt
E2ef  4,44  f  N2  S  Bm
Principio de funcionamiento:
relación entre corrientes
Considerando que la
conversión se realiza
prácticamente sin
pérdidas:
 (t)
I1(t)
PotentradaPotenciasalida
Considerando que la
tensión del secundario
en carga es la misma
que en vacío:
U1(t)
P1
I2(t)
P=0
P2
U2(t)
U2vacíoU2carga
P1  P2: U1*I1=U2*I2
U1 I2
rt 

U2 I1
I1 1

I2 rt
Las relaciones de
tensiones y
corrientes son
INVERSAS.
rt = razòn de
transformaciòn
El transformador no modifica la potencia que se transfiere,
tan solo altera la relación entre tensiones y corrientes
Corriente de vacío I
B-
  BS
, U1, i0 1’’
Zona de saturación
Zona
lineal
1’
1
U1
2’=3’
Material del
núcleo magnético
NO se considera el
ciclo de histéresis
d(t )
U1(t )  e1(t )  N1 
dt
CORRIENTE
DE VACÍO i0
2
3
2’’
3’’

H – i0
t
Ni  Hl
CON EL FLUJO Y LA
CURVA BH SE PUEDE
OBTENER LA CORRIENTE
DEBIDO A LA SATURACIÓN DEL
MATERIAL LA CORRIENTE QUE
ABSORBE EL TRANSFORMADOR
EN VACÍO NO ES SENOIDAL
Corriente de vacío II
B-
, U1, i0 1’’
1’
Ciclo de
histéresis
CORRIENTE
DE VACÍO I0
1
U1

DESPLAZAMIENTO
3’
3
2’’
2’
2
Material del
núcleo magnético
3’’
t
H – i0
SÍ se considera el
ciclo de histéresis
El valor máximo se mantiene
pero la corriente se desplaza
hacia el origen.
DEBIDO AL CICLO DE HISTÉRESIS LA CORRIENTE
ADELANTA LIGERAMENTE
AL FLUJO
Corriente de vacío III:
senoide equivalente
La corriente de vacío NO
es senoidal
PROPIEDADES
Para trabajar con
fasores es necesario que
sea una senoide
Se define una senoide
equivalente para los
cálculos
Igual valor eficaz que la corriente real de
vacío: inferior al 10% de la corriente nominal
Desfase respecto a la tensión aplicada que cumpla:
U1*I0*Cos0=Pérdidas hierro
Corriente de vacío IV:
pérdidas y diagrama fasorial
U1=-e1
Senoide
equivalente
I0
U1=-e1
0

ciclo de histéresis:
NO HAY PÉRDIDAS
SÍ se considera el
I0
0
I
Componente
magnetizante
I0

NO se considera el
e1
Senoide
equivalente
Ife Componente
de pérdidas
e1
ciclo de histéresis:
HAY PÉRDIDAS
P  U  I0  Cos0
P=pérdidas
por histéresis
en él núcleo
Flujo de dispersión
Flujo de dispersión:
se cierra por el aire
 (t)
I0(t)
I2(t)=0
U2(t)
U1(t)
Resistencia
interna
Flujo de
dispersión
R1
Xd1
I0(t)
U1(t)
Representación
simplificada del flujo de
dispersión (primario)
e1(t)
U1  R1  I0  jX d1  I0  e1
En vacío no circula
corriente por el
secundario y, por
tanto, no produce
flujo de dispersión
 (t)
I2(t)=0
U2(t)
En serie con
el primario
se colocará
una bobina
que será la
que genere
el flujo de
dispersión
Diagrama fasorial del
transformador en vacío
Xd1I0
U1
R1I0
-e1
Los caídas de tensión en R1 y Xd1 son
prácticamente despreciables (del orden del 0,2 al
6% de U1)
0
I0
Las pérdidas por efecto Joule en R1
son también muy bajas

U1e1
U1  R1  I0  jX d1  I0  e1
e1
U1*I0*Cos0  Pérdidas Fe
El transformador en carga I
Resistencia
interna
Flujo de
dispersión
R1
Xd1
I1(t)
U1(t)
 (t)
e1(t)
El secundario del transformador
presentará una resistencia interna y una
reactancia de dispersión como el primario
Flujo de Resistencia
dispersión
interna
Xd2
e2(t)
R2
I2(t)
U2(t)
Se ha invertido el sentido de
I2(t) para que en el diagrama
fasorial I1(t) e I2(t) NO
APAREZCAN SUPERPUESTAS
Las caídas de tensión EN CARGA en las resistencias y reactancias
parásitas son muy pequeñas: del 0,2 al 6% de U1
El transformador en carga II
Resistencia
interna
I0(t)+I2’(t)
R1
Flujo de
dispersión
Flujo de Resistencia
dispersión
interna
 (t)
Xd1
Xd2
e2(t)
e1(t)
U1(t)
R2
I2(t)
U2(t)
Las caídas de tensión en R1 y Xd1
son muy pequeñas, por tanto, U1 
E1
Al cerrarse el secundario circulará por él
una corriente I2(t) que creará una nueva
fuerza magnetomotriz N2*I2(t)
Nueva corriente
primario
I1  I0  I2 '
N
I
I2 '   2  I2   2
N1
rt
La nueva fmm NO podrá alterar el
flujo, ya que si así fuera se modificaría E1 que está fijada por U1
Esto sólo es posible si en el
primario aparece una corriente
I2’(t) que verifique:
Flujo y fmm son
N1  I0  N1 I2 'N2  I2  N1  I0
iguales que en
vacío (los fija U1(t))
N1  I 2 '  N2  I 2
jXd1*I1
Diagrama fasorial del
transformador en carga
e2  I2  R 2  jX d2   U2
R1*I1
U2  Z c  I2
U1
-e1
1
I1
I2’
I0

2

U2
e2
I2
e1
Suponiendo carga inductiva:
Zc=Zc 2  I2 estará retrasada
respecto de e2 un ángulo :
 Z  Sen2  X d2 
  atg c

R

Z

Cos

c
2 
 2
I2
I1  I 0  I 2 '  I 0 
rt
U2 estará
adelantada
un ángulo 2
respecto a I2
Las caídas de
tensión en R1
y Xd1 están
aumentadas.
En la práctica
son casi
despreciables
Las caídas de
U1  I1  R 1  jX d1   e1  0
tensión en R2
U1  e1  I1  R 1  jX d1 
y Xd2 también
son casi nulas
Reducción del secundario al
primario
Si la relación de transformación es elevada
existe una diferencia importante entre las
magnitudes primarias y secundarias. La
representación vectorial se complica
Magnitudes reducidas
al primario
Impedancia cualquiera
en el secundario
U2 '
r
U
U ' 1
1
Z 2  2  t  2  2  Z 2 ' 2
I2
I 2 'rt
I 2 ' rt
rt
S 2  U2  I2
S2 
El problema se resuelve mediante la reducción del secundario al
primario
e2 '  e2  rt
U2 '  U2  rt
Z 2 '  Z 2  rt
2
U2 '
 I 2 'rt  U2 'I 2 '  S 2 '
rt
Se mantiene la potencia aparente, la potencia activa
y reactiva, los ángulos, las pérdidas y el rendimiento
UR 2'  UR 2  rt
UX 2'  UX 2  rt
I 2' 
I2
rt
Circuito equivalente I
 (t)
I1(t)
R1
Xd1
Xd2
e2(t)
e1(t)
U1(t)
R2
I2(t)
U2(t)
rt
Este efecto puede emularse
mediante una resistencia y
una reactancia en paralelo
Ife
Rfe
I0
I
I0
0
X
I
Componente
magnetizante
El núcleo tiene pérdidas
que se reflejan en la
aparición de las dos
componentes de la
corriente de vacío
Ife Componente
de pérdidas
Circuito equivalente II
 (t)
I1(t)
R1 Xd1
e1(t) Rfe
U1(t)
Xd2
e2(t)
X
R2
I2(t)
U2(t)
Núcleo sin pérdidas:
transformador ideal
rt
 (t)
I1(t)
U1(t)
R1 Xd1
e1(t) Rfe
El transformador obtenido
después de reducir al
primario es de:
rt=1: e2’=e2*rt=e1
Xd2’
e2’(t)
X
1
R 2’
I2’(t)
U2’(t)
Reducción del secundario al primario
e2 '  e2  rt U2 '  U2  rt
I
2
2
I 2'  2 R 2 '  R 2  rt X d2 '  X d2  rt
rt
Circuito equivalente III
Como el transformador de 3 es de
relación unidad y no tiene pérdidas
se puede eliminar, conectando el
resto de los elementos del circuito
I1(t)
R1
Xd1
Xd2’
I0
Ife
U1(t)
Rfe
I
R 2’
I2’(t)
U2’(t)
X
Circuito equivalente de un
transformador real
El circuito equivalente
permite calcular todas las
variables incluidas pérdidas
y rendimiento
Los elementos del
circuito equivalente
se obtienen mediante
ensayos normalizados
Una vez resuelto el circuito
equivalente los valores reales
se calculan deshaciendo la
reducción al primario
Ensayos del trasformador:
obtención del circuito
equivalente
Existen dos ensayos normalizados que
permiten obtener las caídas de
tensión, pérdidas y parámetros del
circuito equivalente del transformador
Ensayo de
vacío
Ensayo de
cortocircuito
En ambos ensayos se miden tensiones, corrientes y
potencias. A partir del resultado de las mediciones es
posible estimar las pérdidas y reconstruir el circuito
equivalente con todos sus elementos
Ensayo del transformador en
vacío
 (t)
A
I0(t)
Condiciones ensayo:
I2(t)=0
W
Secundario en
circuito abierto
U2(t)
U1(t)

Resultados ensayo:
Pérdidas en el hierro
W
Corriente de vacío
A
Parámetros circuito
Tensión y
frecuencia
nominal
Rfe, X
Ensayo de cortocircuito
 (t)
A
I1n(t)
Condiciones ensayo:
Secundario en
cortocircuito
I2n(t)
W
Tensión
primario muy
reducida
U2(t)=0
Ucc(t)
Corriente
nominal I1n, I2n
Al ser la tensión del ensayo muy baja habrá muy poco flujo y, por tanto,
las pérdidas en el hierro serán despreciables (Pfe=kBm2)

Resultados ensayo:
Pérdidas en el cobre
Parámetros circuito

W
Rcc=R1+R2’
Xcc=X1+X2’
El transformador en el
ensayo de cortocircuito I
I1n(t)
Al ser el flujo
muy bajo
respecto al
nominal I0 es
R1
Xd1
Xd2’
I0
Ife
Ucc(t)
Rfe
I
X
despreciable
I1n(t)=I2’(t)
Ucc(t)
RCC
Xcc
RCC=R1+R2’
XCC=X1+X2’
Al ser muy pequeño
el voltaje primario
aplicado, se puede
despreciar la rama
en paralelo
R 2’
I2’(t)
El transformador en el
ensayo de cortocircuito II
I1n(t)=I2’(t)
Ucc(t)
RCC
Xcc
RCC=R1+R2’
Ucc
XCC=X1+X2’

Ucc  R cc  I1n  jX cc  I1n

UXcc
CC
URcc
Diagrama fasorial
 cc 
Ucc I1n  Z cc

U1n
U1n
Rcc 
URcc I1n  R cc

U1n
U1n
Tensiones relativas de
cortocircuito: se expresan
porcentualmente
UXcc I1n  X cc

U1n
U1n
 cc  5%  10%
 Xcc 
Cos cc 
I1=I2’
URcc  Ucc  Coscc
UXcc  Ucc  Sen cc
Ucc  Z cc  I1n
Para un trafo
de potencia
aparente Sn
PCC son las pérdidas totales en el Cu
Las de Fe son despreciables en corto
 Xcc  Rcc
Pcc
Ucc  I1n
I1n  Z cc

Sn
2
 cc
Caídas de tensión en un
transformador en carga I
Un transformador
alimentado con la
tensión nominal U1n
dará en el secundario
en vacío la tensión U2n
U  U2 C
 c (%)  2n
U2 n
Normalmente se
expresa en %
I1(t)I2’(t)
RCC
Cuando trabaje en
carga, se producirán
caídas de tensión. En el
secundario aparece U2c
Xcc
ZL
Carga Próxima la
nominal
Caída de tensión
Se puede referir a primario o
secundario (sólo hay que
multiplicar por rt)
LAS CAÍDAS DE TENSIÓN
DEPENDEN DE LA CARGA
 c (% ) 
U1n(t)
U2  U2n  U2C
Para hacer el análisis
fasorial se puede
eliminar la rama en
paralelo (I0<<I2)
U1n  U2 C '
U1n
La simplificación
es válida sólo si la
carga es próxima a
la nominal
Caídas de tensión en un
transformador en carga II
I1(t)I2’(t)
 c (% ) 
U1n  U2 C '
U1n
RCC
U1n(t)
Xcc
UXcc
Z2L
U1n
Carga < carga nominal
AB  BC  CD
U1n
 c (%) 
AB  R cc  I1  Cos 
AB  R cc  I 1  Sen 
CD se desprecia
C
I1
I
 2
I1n I 2n
URcc
U2c’

R cc  I1
X I
 Cos   cc 1  Sen
U1n
U1n
Se define el índice de carga
C de un transformador
Uxcc y URcc
Están
ampliados
B
A
 c (% ) 
O
D
C
I1=I2’
Caídas de tensión en un
transformador en carga III
R I
X I
 c (%)  cc 1  Cos   cc 1  Sen
U1n
U1n
 c (%) 
Multiplicando por:
I1n
I1n
R cc  I1 I1n
X I I

 Cos   cc 1  1n  Sen
U1n
I1n
U1n
I1n

RCC
C
c(%)  C  RCC  Cos   XCC  Sen
EFECTO
FERRANTI
Si   0  Sen   0   c puede ser  0  U2c '  U1n  U2c  U2n
Efecto Ferranti
UXcc
URcc
Con carga capacitiva
UXcc
c puede ser negativa
y la tensión en carga >
que en vacío
U1n
La tensión del
secundario
puede ser >
en carga que
en vacío
U1n
URcc
U2c’

Carga
inductiva
(>0)
I1n=I2n’
U2c’
I1n=I2n
’

Carga
capacitiva
(<0)
Rendimiento del
transformador

Pcedida
P
 2
Pabsor bida P1

P1  P2  Pfe  Pcu
P2
P2  Pfe  Pcu
Pcu  R 1  I1  R 2 'I2 '2  R cc  I1  R cc  I1n  C2  Pcc  C2
2
2
2
I1
I
 2
I1n I 2n
U2I 2Cos 
C  U2I 2nCos 


U2I 2Cos   P0  Pcc C 2 C  U2I 2nCos   P0  Pcc C 2
C
 c (%) 

U2 n  U2 C
U2 n
U2 c  1   c   U2n
C = Proporción (Ìndice)
de carga nominal en el
transformador
Pcc = Pérdidas del Cu a
carga nominal
Ensayo de vacío
C  1   c   U2nI 2nCos
C  1   c  S n Cos

C  1   c   U2nI 2nCos  P0  Pcc C 2 C  1   c  S n Cos  P0  Pcc C 2
Influencia del índice de carga y
del cos en el rendimiento
C  1   c  S n Cos

C  1   c  S n Cos  P0  Pcc C 2

C S n
C S n 

K
Cos
Cos    
 max si
C  cte Cos  var iable
Despreciando
la caída de
tensión
C= variable
Cos= Cte
P0
 Pcc C mín.  
C
Derivando
respecto a C e
igualando a 0
C S n Cos
C S n Cos  P0  Pcc C 2
Cmax 
S n Cos
P0
S n Cos 
 Pcc C
C
P0
Pcc

Cos
Cmax
C
Corriente de cortocircuito
RCC
I1nI2n’
Ucc
Xcc
La
impedancia
es la misma
Zcc
Z cc
I cc
U1n
Xcc
Zcc
Fallo
Ensayo de cortocircuito
U
 cc
I1n
RCC
ICC
U1n
1

 I1n 
 I1n
Ucc
 cc
Z cc 
U1n
Icc
Para los valores habituales de cc (5-10%) se obtienen
corrientes de cortocircuito de 10 a 20 veces > que I1n
Transformadores trifásicos I
R
La forma más elemental de transformar
un sistema trifásico consiste en
transformar cada una de las tensiones
de fase mediante un trafo monofásico.
S
T
N
N1
N1
N1
R’
R
N1
N’
N2
N2
N2
N2
N’
N
N1
T’
S’
S
R’
Banco trifásico de transformadores
3
monofásicos
T
-E1U1
1
-E3U3
2
-E2U2
N2
N1
N2
Primarios y secundarios estarían
conectados en estrella. Puede haber neutro
o no.
E1  E2  E3  0
1  2  3  0
S’
T’
Trafos trifásicos II
La suma de los tres flujos
es 0: se pueden unir
todas las columnas en
una columna central 2
3 transformadores
2
monofásicos
Devanado
con N2 espiras
1
1
3
3
Aislante
=0
Devanado
con N1 espiras
Eliminando la
columna central se
ahorra material y
peso del transformador
1
2
3
Se puede
suprimir
la columna
central
Estructura básica de un
transformador trifásico
Trafos trifásicos III
1
2
3
En un transformador con tres columnas
existe una pequeña asimetría del circuito magnético: el flujo de la columna central tiene un recorrido más corto y, por
tanto, de menor reluctancia.
La corriente de magnetización de esa
fase será ligeramente menor.
Transformador trifásico
de 3 columnas
Las dos columnas laterales sirven
como camino adicional al flujo. De este
modo, es posible reducir la sección y,
por tanto, la altura de la culata
1
2
3
Transformador trifásico núcleo
acorazado (5 columnas)
Si el sistema en el que trabaja el transformador es totalmente equilibrado su
análisis se puede reducir al de una fase (las otras son = desfasadas 120º y 240º)
El circuito equivalente que se utiliza es el mismo, con la tensión de fase
y la corriente de línea (equivalente a conexión estrella – estrella)
R
Conexiones en transformadores
trifásicos I
S
T
R’
R
N1
N1
N1
N1
N2
N’
N
N1
N2
N2
N2
S
N2
N1
N2
S’
T’
T
Conexión estrella – estrella: Yy
R
R’
S
T
S’
T´
N
N1
N1
R’
R
N1
N1
N1
T
N1
N2
R’
N2
S’
N2
T´
N2
N2
N2
S
S’
T
T’
Conexión triángulo – triángulo: Dd
R
Conexiones en transformadores
trifásicos II
S
T
R
R’
N1
N
N1
S
N2
N2
N2
N1
T’
T
Conexión estrella – triángulo: Yd
R’
S’
S’
T´
La conexión Yy plantea problemas debidos a la circulación de corrientes
homopolares (causadas por los armónicos de la corriente de vacío) por
el neutro. En condiciones de carga desequilibrada entre fase y neutro
aparecen sobretensiones
Cuando uno de los devanados está conectado en triángulo los flujos
homopolares se anulan y los inconvenientes anteriores desaparecen. El
único problema es la no disponibilidad del neutro en uno de los devanados
Conexiones en trafos
trifásicos III
Si se quiere disponer
de neutro en primario R
y secundario y no
tener problemas de
flujos homopolares o S
en carga
desequilibrada se
utiliza la conexión
T
estrella – zigzag: Yz
N1
Vr2
Vs1
R’
VR
r
N2/2
N1
N2/2
Vs2
Vt1
S’
s
N2/2
VS
N1
N2/2
Vr1
Vt2
T’
VT
t
N2/2
N2/2
El secundario consta de dos semidevanados con igual número de espiras. La
tensión secundaria de cada fase se obtiene como la suma de las tensiones
inducidas en dos semidevanados situados en columnas diferentes
Los efectos producidos por los flujos homopolares se compensan sobre los
dos semidevanados no influyendo en el funcionamiento del transformador
Índices horarios I
N1
R
Los terminales de
igual polaridad son los
que simultáneamente,
debido a un flujo
común, presentan la
misma tensión
N2
R’
VR
r’
N1
s’
s
VS
Vs
N1
N2
T’
T
t’
VT
VT
Vt
La existencia de
conexiones Yd e Yz
provoca la aparición de
desfases entre las
tensiones del primario y
del secundario
Vr
Vs
t
Vt
VR
Con esta
conexión el
desfase es 0
r
N2
S’
S
Vr
VS
Índices horarios II
VR
El desfase se expresa en
múltiplos de 30º, lo que
equivale a expresar la hora que
marcarían el fasor de tensión de
la fase R del primario (situado
en las 12h) y el del secundario
Yy6
Vr
Índice
horario 0
VR
Vs
Vt
VT
Índice
horario 6
N1
Desfase 180º
R
Vt
Vs
VS
N1
Vr
Vr
Vs
N1
VT
t’
N2
T’
T
s’
s
VS
VS
r
N2
S’
S
VT
r’
N2
R’
VR
Terminales del
secundario
t
Vt
Conexión de transformadores
en paralelo I
Condiciones para la conexión
de transformadores
monofásicos en paralelo
ZCC2

T2
ZL
Trafos en paralelo
U1
ZCC1
Circuito
equivalente
Funcionamiento en vacío
IGUAL cc
Distribución de cargas
I1  Z cc1  I2  Z cc 2
I1
I2
T1
IGUAL rt
ZL
I 1n
I 2n
I 1  Z cc1 
 I 2  Z cc 2 
I 1n
I 2n
I
I
1
1
I 1  Z cc1  1n 
 I 2  Z cc2  2n 
I 1n U1n
I 2n U1n
C1   cc1  C 2   cc 2
Si cc1= cc1 C1=C2 sino un transformador estará más cargado que el otro
En Si
transformadores
trifásicos
necesario
tengan
cc1 cc1 el transfomador
más es
cargado
sería elque
de <ambos
cc (el más
duro)el
mismo índice horario para poder realizar la puesta en paralelo
Autotransformadores I
N1
Pto. del devanado que
está a V2 voltios
V1
V2
N2
V2
Prescindiendo de
N2 y conectando
directamente
N1
Pto. del devanado que
está a V2 voltios
Se utilizan cuando se necesita una relación
de transformación
 SÍMBOLOS de 1,25 a 2. En ese caso
son más rentables que los transformadores
VENTAJAS

Ahorro de conductor: se emplean N2 espiras menos.

Circuito magnético (ventana) de menores dimensiones.

Disminución de pérdidas eléctricas y
magnéticas.

Mejor refrigeración (cuba más pequeña).

Menor flujo de dispersión y corriente de
vacío. (Menor cc).
INCONVENIENTES
V1

V2
AUTOTRAFO


Pérdida del aislamiento galvánico.
Mayor corriente de corto (Menor cc).
Necesarias más protecciones.
Autotransformadores II
AUTOTRAFO
SECO DE BT
VARIAC:
AUTOTRAFO
REGULABLE
Catálogos comerciales
VARIAC CON
INSTRUMENTOS
DE MEDIDA
AUTOTRAFO
SECO DE BT
Transformadores
con derivaciones, o tomas
intermedias (Taps) TOMAS
TOMAS
El caso 1 es más favorable ya que se trabaja con
tensiones menores
Permiten
cambiar la
relación de
espiras
entre
primario y
secundario,
de este
modo se
consigue
una tensión
variable
Entre otras aplicaciones se utilizan en las redes de transporte y
distribución para mantener la tensión cte. con independencia de la carga
Trafos con
tomas
Conexión
devanados
Tomas de
regulación
Conexión
toma de tierra
Catálogos comerciales
Transformadores con tres
arrollamientos
 (t)
V1
N
1
N
V2
2
N2 ’
V2’
Son transformadores
especiales utilizados en
alta potencia. Constan
de un primario y dos
secundarios
Mediante una sola
máquina se obtienen
dos niveles de tensión
diferentes
SÍMBOLOS
Transformadores de medida
y protección I
UTILIDAD

Aislar los dispositivos de medida y protección de la alta tensión.

Trabajar con corrientes o tensiones proporcionales a las que son objeto de
medida.

Evitar las perturbaciones que los campos
magnéticos pueden producir sobre los
instrumentos de medida
El rendimiento no es
importante
Trabajan con niveles
bajos de flujo (zona
lineal)
Existen trafos de
corriente y de tensión
En todos los casos la rt es < 1 para mantener los valores bajos en las
magnitudes secundarias
Los trafos de corriente tienen las corrientes secundarias normalizadas a:
5 A y 1 A y los de tensión las tensiones secundarias a 100 y 110 V
Transformadores de
corriente I
Conexión de un transformador de
intensidad
Zcarga
I1
Xd1
Xd2’
R1
R2’
I2’
I0
IP
I1
1
IS
Corriente a
medir
RFe
X
Carga
Secundario
A
En un trafo de corriente la corriente del primario viene impuesta por la
intensidad que se desea medir. El flujo no es cte.
Las impedancias que aparecen como cargas en el secundario tienen que
ser muy bajas (suelen ser las de las bobinas amperimétricas)
¡¡¡NUNCA SE PUEDE DEJAR EL SECUNDARIO EN CIRCUITO ABIERTO!!!
Transformadores de
corriente II
PRECISIÓN DE LA MEDIDA

Depende de la linealidad entre el flujo e I0. A mayor I0 mayor error.

Se utilizan materiales magnéticos de alta permeabilidad.

Se trabaja con valores bajos de B.

Se trabaja con valores limitados de la corriente del secundario (Z de
carga próxima al cortocircuito) para evitar pérdidas de linealidad
PARÁMETROS DEL TRAFO DE CORRIENTE

Tensión de aislamiento: máx. tensión con la que se puede trabajar.

Relación de transformación: 200/5 A (p ejem).

Error de Intensidad: diferencia entre la I2 real y la esperada en función
de la corriente I1 en % (i(%)).
I K  I1
 i (%)  2 n
 100
Error de fase: diferencia de fases entre I1 e I2
I1

Kn 
I1n
I 2n
Transformadores de
corriente III
 M. F. Cabanas: Técnicas para el mantenimiento y
diagnóstico de máquinas eléctricas rotativas
Sonda de
corriente
1 – 10 –
100 A
Núcleos magnéticos para
transformadores de
corriente
Transformador de
corriente 1250A
 M. F. Cabanas:
Técnicas para el
mantenimiento y
diagnóstico de
máquinas eléctricas
rotativas
Transformadores de
corriente 100 A
Revisión de los conceptos
teóricos sobre los catálogos
comerciales de un fabricante
Páginas de interés relacionadas
con el tema “Diseño de transformadores”
• http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros.htm
-Información para la especialidad de electricidad.
• http://www.aurover.com.ar/
- Programas para cálculo de transformadores.
• http://zeus.dci.ubiobio.cl/electricidad/home.html
- Información variada sobre temas eléctricos
• http://www.cge.cl/tusan.htm
-Empresa de construcción de transformadores.
Instituto Real Maní Fc.
U Bio-Bio, concepción chile