ESCUELA TÉCNICA Nº 1 DE MONTEROS

MÁQUINAS ELÉCTRICAS E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓNDE CORRIENTE ALTERNA

Fecha: 21 -22 / 04 / 2014

5º 1ª, 5º 2ª y 5º 3ª Especialidad Electromecánica Prof.: COSTILLA, H. R. y ALTAMIRANO, F. J.

TRABAJO PRÁCTICO Nº 2 – MONOGRAFÍA

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS

Consignas: Realizar un buceo bibliográfico técnico específico en la biblioteca escolar, en el

material digital dado y/o navegación en internet, para la resolución de la monografía.

Trabajar en grupo de 4 integrantes. Presentar el trabajo en soporte digital. Los temas a tratar son:

TRANSFORMADORES: DEFINICIÓN, CARACTERÍSTICAS, PARTES.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y CONSTANTE DE TRANSFORMACIÓN.

TIPOS DE TRAFOS O TRANSFORMADORES.

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS: CARACTERÍSTICAS, ENSAYO PARA

OBTENER LA CONSTANTE DE TRANSFORMACIÓN, TIPOS DE NÚCLEOS,

APLICACIONES.

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: CARACTERÍSTICAS, TIPOS DE

NÚCLEOS, TIPOS DE CONEXIONADOS, REFRIGERACIÓN, APLICACIONES.

TRAFOS MONOFÁSICOS CON CONEXIONADOS TRIFÁSICOS.

AUTOTRANSFORMADORES: CARACTERÍSTICAS, TIPOS DE AUTOTRAFOS,

APLICACIONES.

TRANSFORMADORES DE MEDIDA: DE TENSIÓN Y DE CORRIENTE.

TEMA: TRANSFORMADORES: DEFINICIÓN, CARACTERÍSTICAS, PARTES.

Los transformadores: Se denomina  transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Su símbolo es:

I. Su funcionamiento:

ste elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario,

debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro.

EEste flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.

II. SUS PARTES:

El núcleo:

El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagnético) que están apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y reduciendo la eficiencia. La configuración por láminas del núcleo laminado se realiza para evitar las corrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre láminas, indeseadas pues favorecen las perdidas.

Bobinas :

Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifásico el número de vueltas del primario y secundario debería ser igual para todas las fases.

Cambiador de taps:

El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecánico que puede ser girado manualmente para cambiar la razón de transformación en un transformador, típicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razón en más o menos el 5%. Por ejemplo esto ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy bajo en alguna barra del sistema.

Relé de sobrepresión:

Es un dispositivo mecánico que nivela el aumento de presión del transformador que pueden hacerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen el relé de presión súbita para presiones transitorias y el relé de sobrepresión para presiones más permanentes.

Tablero de control:

Contiene las conexiones eléctricas para el control, relés de protección eléctrica, señales de control de válvulas de sobrepresión hacia dispositivos de protección.

TEMA: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teoría del electromagnetismo resumida en

las ecuaciones de Maxwell

Transformador monofásico ideal

n transformador se compone de dos arrollamientos aislados eléctricamente entre sí y devanados sobreU

un mismo núcleo de hierro. Una corriente alterna que circule por uno de los arrollamientos crea en el núcleo un campo magnético alterno. La mayor parte de este flujo atraviesa el otro arrollamiento e induce en él una fuerza electromotriz (F.E.M.) alterna.La potencia es transmitida de un arrollamiento a otro por medio del flujo magnético del núcleo.El arrollamiento al que se suministra potencia se denomina primario y el que cede potencia secundario.

En un transformador real, las líneas del flujo magnético no están confinadas enteramente en el hierro, sino que algunas de ellas se cierran a través del aire.

• La parte del flujo que atraviesa los dos arrollamientos se llama flujo común o útil.

• La parte del flujo que se cierra a través del aire se denomina flujo de dispersión. La potencia obtenida de un transformador es inferior a la potencia suministrada al mismo:

Pérdidas en el cobre: pérdidas en forma de calor que se producen por efecto Joule en la resistencia de los arrollamientos primario y secundario.Pérdidas en el hierro: pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault en el núcleo.La histéresis se reduce al mínimo utilizando hierro que tenga un ciclo de Histéresis estrecho, y las corrientes de Foucault se reducen construyendo el núcleo con láminas muy finas apiladas y aisladas entre sí.

TEMA: RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y CONSTANTE DE TRANSFORMACIÓN.

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN:

Eligiendo adecuadamente la relación entre el número de espiras del primario y del secundario, puede obtenerse en el secundario cualquier tensión que se desee, partiendo de una tensión dada en el primario. El arrollamiento primario se comportará como una autoinducción. La corriente en el primario que es pequeña, está retrasada 90º respecto a la tensión del primario.

Se denomina corriente de vacío y crea el flujo en el núcleo por lo que también se denomina magnetizaste. El flujo del núcleo está en fase con la corriente del primario.

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Dónde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Entonces: Vs = Vp . Ns/NpA la relación Ns/Np se la conoce como relación de transformación. Si es menor que la unidad se trata de un transformador reductor; si es mayor que la unidad se trata de uno elevador.Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado.Si se supone que el transformador es ideal. (La potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras), entonces:Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = PsSi tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula.Potencia = voltaje x corrienteP = V x I (voltio . amperio = watt)

Aplicando este concepto al transformador y como P(bobinado primario) = P(bobinado secundario) entonces...La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando el voltaje se eleve, la corriente se disminuya en la misma proporción y viceversa.

Relación entre corrientes en un transformador Entonces:

Así, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:

- Ip (la corriente en el primario),- Np (espiras en el primario) y- Ns (espiras en el secundario)Se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns

Veamos algún ejemplo:1) Un transformador de 300 W de potencia se va a conectar en su primario a 220 V y en su Secundario entregará 22 V. Si el primario tiene 1500 vueltas de alambre de cobre hallar:

a) el número de vueltas del bobinado secundariob) la intensidad de corriente en el primario para la carga máxima (300 W)c) la intensidad de corriente en el secundario para las condiciones de b)a) Ns = Np .(Vs/Vp) = 1500. (22V/220V) = 1500. 1/10 = 150 vueltasb) P = Vp . Ip → Ip = P / Vp = 300W / 220V = 1,36 Ac) P = Vs . Is → Is = P / Vs = 300W / 22V = 13,6 A

TEMA: TIPOS DE TRAFOS O TRANSFORMADORES.

Según sus aplicaciones:

Transformador elevador/reductor de tensión

Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. La mayoría de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan. Este es el caso de las fuentes de alimentación de equipos de audio, video y computación.

Un transformador con PCB, como Refrigerante en plena calle

Transformadores variables

También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.

Transformador de aislamiento

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1 entre las tensiones del primario y secundario. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red y también para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electro medicina y donde se necesitan tensiones flotantes.

Transformador de alimentación

Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico

Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.

1. Delta estrella: Se usa especialmente en distribución (baja

tensión) con delta en alta y estrella en baja con neutro

accesible. Esto permite que la onda sinusoidal de tercera

armónica se mantenga circulando por la delta, pero no se

transmita a las estrella.Transformador trifásico.

Conexión estrella-triángulo

Transformador de pulsos

Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia.

Transformador de línea o FlybackArtículo principal: Transformador Flyback

Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.

Transformador diferencial de variación linealArtículo principal: Transformador diferencial de variación lineal

El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.

Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.

Transformador con diodo dividido

Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Transformador de impedancia

Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.

Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².

Estabilizador de tensión

Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.

Transformador híbrido o bobina híbrida

Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.

Balun

Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.

Transformador electrónico

Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.

Transformador de frecuencia variable

Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

Transformadores de medida

Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.

Según su construcción:Autotransformador

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

Transformador con núcleo toroidal o envolvente

El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Transformador de grano orientado

El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

Bobina de núcleo de aire

En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

Transformador de núcleo envolvente

Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.

Transformador piezoeléctrico

Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones

mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de led y TFT usados en computación y en televisión.

TEMA: TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS: CARACTERÍSTICAS, ENSAYO PARA OBTENER LA CONSTANTE DE TRANSFORMACIÓN, TIPOS DE NÚCLEOS, APLICACIONES.

CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS:

Transformador eléctrico monofásico de núcleo cerrado de acero al silicio, donde se muestran dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo, protegido con barniz aislante. Uno de esos corresponde al “enrollado primario” o de ENTRADA de la corriente alterna y el otro al “enrollado secundario” o de SALIDA de la propia corriente, una vez que el valor de la tensión ha sido aumentado o disminuido, de acuerdo con el tipo de transformador que se utilice, decir, si es “reductor de tensión” o si, por el contrario, es “elevador de tensión”.

Pequeño transformador reductor de voltaje sin la cubierta plástica de protección. Se pueden apreciar las espiras de alambre de cobre desnudo de uno de sus devanados o enrollados. El alambre de cobre utilizado, tanto en él .enrollado primario como en el secundario, se encuentra protegido por una capa de barniz aislante para evitar que se produzcan cortos circuitos entre las espiras.

Desde el punto de vista constructivo la mayoría de los transformadores eléctricos, independientemente de su tamaño, poseen como mínimo dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo protegido por una fina capa de barniz aislante. El grosor o diámetro del alambre utilizado para cada enrollado dependerá del flujo máximo de corriente eléctrica en amperes (A) que debe soportar el transformador sin llegar a quemarse cuando le conectamos una resistencia, carga o consumidor eléctrico, de acuerdo con el cálculo que previamente realizó el fabricante cuando determinó su capacidad de trabajo. Ambos enrollados van colocados alrededor de un núcleo de acero al silicio que forma parte del cuerpo del transformador.

En la mayoría de los transformadores, el devanado que posee mayor número de vueltas generalmente corresponde al “enrollado primario” o de entrada “E” de la corriente que se va a transformar y corresponde al voltaje más alto. El devanado que posee menor número de vueltas es el “enrollado secundario” o de salida “S” de la corriente eléctrica ya transformada o modificada y corresponde al voltaje más bajo. En este caso el transformador trabajará como "reductor de tensión".

En algunos transformadores los dos enrollados se encuentran situados uno junto al otro por separado, pero en la mayoría de los casos después que se ha colocado el primer enrollado alrededor del núcleo, se coloca el segundo encima de éste, manteniendo independientes las correspondientes conexiones exteriores de entrada y salida de la corriente eléctrica.

Transformador eléctrico monofásico donde se muestran sus_ dos enrollados. Como se observa, ambos enrollados_se.encuentran separados  uno  del  otro,  pero  formando_parte  del mismo  núcleo  de  acero  al  silicio. En  el-  enrollado primario o de entrada “E” se  conecta   la  fuente.  de suministro de tensión  de  corriente alterna,  mientras-que en el enrollado secundario o de salida  “S” se  conecta-  la carga, en este.caso una resistencia (R).

La carga o consumidor de energía eléctrica se conecta siempre al transformador en el circuito correspondiente al enrollado secundario o de salida “S”, ya sea éste reductor o elevador de tensión. La longitud y grosor del alambre de cobre del enrollado primario y secundario que utiliza, lo calcula el fabricante para que su salida “S” pueda entregar la tensión y capacidad que requiere la carga que se le va a conectar, siempre que los watt (W) o kilowatt (kW) de consumo no superen lo admitido. Cuando el consumo en watt o kilowatt de la carga instalada supera la que puede soportar el transformador, en el mejor de los casos se produce una caída de voltaje en el enrollado de salida, mientras que en el peor uno o los dos enrollados se queman si la temperatura que produce la circulación del flujo de la corriente en ampere (A) por dichos enrollados supera los límites de seguridad que permite el barniz aislante del alambre de cobre. En ese caso las espiras del alambre se ponen en corto circuito y el transformador queda inutilizado para continuar prestando servicio, por lo será

TIPOS DE NÚCLEOS:

Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de

E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

 El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la

mitad de líneas cada uno.

Núcleo tipo toroidales:

Los transformadores toroidales representan, como ningún otro tipo, el diseño ideal sobre cómo debe ser un transformador. De hecho, Fáraday diseñó y bobinó el primer transformador sobre un núcleo toroidal. Los núcleos toroidales que fabrica Torivac están construidos con plancha magnética de grano orientado, de muy bajas pérdidas y alta inducción de saturación que después de ser tratada térmicamente, permite alcanzar valores de saturación de hasta 16.000 gauss. En el transformador toroidal el flujo magnético queda concentrado uniformemente en el núcleo y, debido a la ausencia de entrehierros, se eliminan vibraciones. Asimismo, como el bobinado se reparte por toda la superficie del núcleo, desaparece prácticamente el ruido provocado por las magnetos fricción y favorece la disipación del calor. Estos detalles permiten mejorar sustancialmente las características y rendimientos de los transformadores toroidales, respecto a los convencionales.El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Núcleo tipo envolvente:

Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión

Núcleo tipo de aire:

En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

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Núcleo tipo de grano orientado:

El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy

reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

TEMA: TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: CARACTERÍSTICAS, TIPOS DE NÚCLEOS,

TIPOS DE CONEXIONADOS, REFRIGERACIÓN, APLICACIONES.

Transformador trifásico:

xisten muchos tipos de transformadores, entre los cuales el transformador trifásico tiene una importancia indudable. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, así como también en transmisión por

líneas de transmisión y en distribución en donde se transporta la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercio e industria. Todos los transformadores desde la generadora hasta la entrada de nuestros hogares o industrias son transformadores trifásicos. Un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna. No es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua, puesto que para que exista un voltaje V debe haber una variación del flujo. V = N dΦ/dt donde N es el número de espiras del lado de alta o baja tensión del transformador. El término dΦ/dt es una derivada del flujo, o en términos simples la variación del flujo magnético. Faraday demostró en el siglo XIX que si se acerca un imán a una bobina moviendo el imán o la bobina se induce una corriente y produce un voltaje los cuales pueden hacer trabajo como encender una bombilla. A modo de curiosidad, en Internet existen varios dispositivos, denominados free energy, algunos de los cuales son falsos. Uno de ellos usa un imán permanente de neodimio fijo o estático sujeto a una bobina también fija, supuestamente al conectar una pequeña ampolleta esta daría luz. Esto es claramente un engaño pues no es posible generar corriente con un flujo magnético constante, de hecho el voltaje es 0 en esta situación. El autor sin embargo ocupa otra bobina debajo de la mesa oculta a la cámara, creando un transformador sencillo monofásico (formado por dos bobinas, una oculta y otra visible) en el cual en la primera bobina oculta induce una corriente sinusoidal la cual genera un flujo variable que induce una corriente y enciende la bombilla.

E

CaracterísticasEs muy relevante hablar sobre las características de los transformadores trifásicos por lo cual se va a conocer las características para los transformadores comerciales para su determinada aplicación:

Potencia nominal asignada en KVA

Tensión Primaria y Secundaria

Regulación de tensión en la salida ±%

Grupo de Conexión

Frecuencia

Temperatura Máxima ambiente (si es > 40°)

Altitud de la instalación sobre el nivel del mar (si es > 1000m)

Tipo núcleo: tipo acorazadoPuede considerarse como tres transformadores monofásicos de tipo acorazado, colocados uno junto a otro, tal como se muestra en la Figura 1 a). La única diferencia entre esta disposición y la de la Figura2 b), que corresponde a un transformador trifásico, es que las láminas del núcleo de este último están entrelazadas, es decir, las tres partes del núcleo no están separadas. Esto hace que los flujos en el núcleo, correspondientes a fases diferentes, se superpongan en las partes indicadas por D-E-F y G. [5]

Fig.8 Acorazado: Con tres transformadores monofásicos

Fig.9 Acorazado: Trifásico con un solo núcleo

Fig.10 Diagrama fasorial para tensiones de Fase Equilibrada.

Fig.11 Sentidos positivos de los flujos para devanados conectados simétricamente.

Fig.12 Sentidos positivos de los flujos cuando se invierten las conexiones de la fase central.

Conexiones de transformadores trifásicos:Para decidir la conexión más apropiada para acoplar las fases, se deben tener en cuenta muchas consideraciones, que en ocasiones podrían ser contradictorias a

simple vista. Para realizar una conexión conveniente es necesario un estudio a detalle de las posibles soluciones, sus ventajas y desventajas, y cuando se aplican.[11]Conexión estrella-estrella

Fig.14 conexión estrella-estrellaVentajas:Conexión más económica para transfor-madores de alta tensión que de pequeña potencia.Pueden conectarse neutros a los dos bobinados, tanto con la tierra, como para una distribución equilibrada con cuatro cables. Una de las conexiones más sencillas para poner "en fase", en el funcionamiento en paralelo.Debido al tamaño relativamente grande de los conductores, la capacidad electrostática entre las espiras es elevada, de manera que los esfuerzos debidos a las ondas producidas por sobretensiones momentáneas que afectan a los enrollamientos, se disminuyen considerablemente.Si una fase en cualquier bobinado funciona defectuosa, las dos fases restantes pueden funcionar resultando una transformación monofásica. La carga que podría suministrar seria del 58 por ciento de la potencia normal trifásica.Inconvenientes:Los neutros negativos son muy inestables, a menos que sean sólidamente conectados a una toma de tierra.Las unidades trifásicas o baterías de polaridad opuesta no pueden funcionar en paralelo, a no ser que la conexión de las fases del primario o del secundario de un transformador o batería se invierta.Una avería en una fase hace que una unidad trifásica no pueda trabajar en una distribución de tres fases hasta que se repare. La construcción de los enrollamientos es más dificultosa y su coste, más elevado. Especialmente cuando es para corrientes altas.Aplicaciones:Los transformadores conectados de estrella-estrella encuentran su mayor aplicación como unidades de núcleo trifásico para suministrar una potencia relativamente pequeña. En la práctica, es generalmente difícil conseguir que una carga de iluminación por distribución trifásica de cuatro hilos resulte siempre equilibrada y, por esta razón esta conexión no es apropiada para tales cargas. Para la distribución de fuerza; esta conexión es completamente apropiada desde el punto de vista de su funcionamiento, con tal que se empleen transformadores de núcleo trifásico, pues los transfor-madores tipo de concha y monofásicos en tándem a menudo producen perturbaciones debidas a los armónicos.[12]Conexión estrella-estrella con triangulo terciario.

Fig.15 conexión estrella-estrella con triangulo terciarioEl devanado con triangulo terciario, consiste en un enrollamiento auxiliar adicional empleado en ciertas condiciones con los transformadores o baterías de transformadores trifásicos y este enrollamiento queda separado y es distinto de los enrollamientos primario y secundario, aunque va devanado sobre los mismos núcleos. La conexión auxiliar consiste en un solo enrollamiento por fase; los tres enrollamientos van conectados formando un circuito en triangulo cerrado en la forma usual, el cual puede estar alejado enteramente de cualquier cir-cuito externo, o al que se pueden conectar terminales, los que podrán ser empleados para los fines que se citan más abajo.Ventajas:Estas serán mejor comprendidas estudiando las aplicaciones de esta conexión, la cual, como se verá, resulta bastante limitada en la práctica.Inconvenientes:Enrollamientos adicionales, que dependen en su tamaño de los fines para que se diseñen, lo cual aumenta el tamaño de la estructura y el coste inicial de los aparatos. Las características del enrollamiento terciario son las mismas que las de un enrollamiento en triangulo ordinario. Si se emplea para alimentar una carga ex-terna en los transformadores en que ambos bobinados son para altas tensiones, el circuito auxiliar puede alcanzar una diferencia de potencia elevada con respecto a la tierra, debido a la carga electroestática inducida, a menos que el circuito sea conectado a la tierra, bien por medio de un termi-nal, bien mediante un compensador trifásico con neutro a la tierra. Si el triángulo queda aislado, se puede presentar la misma tensión anormal, pero como esta se reduce al enrollamiento auxiliar, fácilmente puede evitarse este inconveniente.

Aplicaciones:Usado conjuntamente con transformadores trifásicos de conexión estrella-estrella, estrella con estrella interconectada y estrella interconectada con estrella, del tipo de concha o bien baterías trifásicas de transformadores con núcleo monofásico, el bobinado terciario aislado en triangulo facilita el corto circuito de la componente del tercer armónico de la corriente magnetizaste. Lo cual elimina a este tercer armónico de los enrollamien-tos principales. Los puntos neutros de tales enro-llamientos son, por esta razón, estables y pueden ser conectados con la tierra sin originar efectos perniciosos para el transformador o distribución. En este caso, el bobinado terciario en triangulo está proyectado para facilitar la F.M.P. (fuerza magnética principal) correspondiente a la que se requiere para eliminar al tercer armónico. Los transfor-madores del tipo de núcleo trifásico, con las conexiones previamente mencionadas, no requieren este circuito terciario en triangulo, pues el tercer armónico es despreciable. [9]

Conexión de triangulo-estrella interconectada

Fig.16 conexión triangulo-estrellaVentajas:Las tensiones del tercer armónico quedan eliminadas por la circulación de las corrientes del tercer armónico en el bobinado primario en triangulo. El neutro del secundario puede ser conectado a la tierra, o puede ser utilizado para fines de la carga, o puede servir de neutro para una distribución de corriente continua trefilar.Se puede obtener una distribución desequilibrada de cuatro cables, y las tensiones de desequilibrio son relativamente pequeñas, siendo proporcionales solamente a la impedancia interna de los bobinados, lo que permite alimentar simultáneamente circuitos equilibrados y desequilibrados.Inconvenientes:No se dispone de neutro para la toma de tierra en el primario, aunque esto no constituya de modo necesario un inconveniente pues la alimentación en el lado del primario del transformador está conectada a la tierra en el generador o en el secundario del transformador elevador de tensión.Una avería en una fase impide el funcionamiento de una batería o unidad trifásica.El enrollamiento en triangulo puede resultar débil mecánicamente en el caso de un transfor-mador reductor con una tensión muy grande en el primario, o con una tensión en el primario medianamente alta, y pequeña potencia.Debido al desplazamiento de la fase entre las mitades de los enrollamientos, que están conecta-dos en serie para formar cada fase, los enrollamientos en estrella interconectada requieren un 15.5% más de cobre, con el consiguiente aumento del aislamiento total. El tamaño del armazón, también por esta razón es mayor con el aumento consiguiente del coste del transformador.Aplicación:La aplicación principal de esta conexión tiene efecto en transformado-res reductores de tensión para alimentar convertidores sincrónicos trifásicos y al mismo tiempo, proporcionar en el lado de la estrella interconectada, un neutro para la distribución de corriente continua. A causa de la interconexión en él secundario, se puede tener una corriente continua muy desequilibrada sin que produzca efectos nocivos en la característica magnética del transformador.Esta conexión solamente resulta aconsejable tratándose de transformadores trifásicos del tipo de acorazado o de baterías de tres transformadores monofásicos. La interconexión en el secundario no es necesaria en los transformadores trifásicos del tipo de núcleo usual, pues, al emplear un enrollamien-to simple en estrella, se produce un flujo magnético que circula siguiendo el circuito magnético en la misma dirección, en los tres brazos, y como el flujo continuo correspondiente debe encontrar un camino de retorno a través del aire o a través del depósito del transformador y del aceite, resulta que sus efectos magnéticos son despreciables. [8]Conexión estrella-triangulo

Fig.17 conexión triangulo-estrella

Ventajas:Se eliminan las tensiones del tercer armónico por la circulación de la corriente de este tercer armónico en el secundario en triangulo.El neutro del primario se puede conectar con la tierra.El neutro del primario se mantiene estable por el secundario en triangulo.Es la conexión más conveniente para los transformadores reductores de tensión, debido a las características inherentes de los enrollamientos en estrella para altas tensiones y de los enrollamientos en triangulo para las bajas tensiones.Inconvenientes:No se puede disponer de un neutro en el secundario para conectar con la tierra o para una distribución de cuatro cables, a menos que se disponga un aparato auxiliar.Un defecto en una fase hace que no pueda funcionar la batería o unidad trifásica hasta que se la repare.El enrollamiento en triangulo puede resultar débil mecánicamente en el caso de un transformador elevador con una tensión en el secundario muy alta, o con una tensión secundaria medianamente alta y potencia pequeña.Aplicaciones:La aplicación principal de esta conexión tiene efecto en los transformadores reductores para alimentar una carga equilibrada trifásica, por ejemplo, motores.Conexión de triangulo-estrellaVentajas:Se eliminan las tensiones del tercer armónico al circular la corriente de iste tercer armónico por el primario en el triángulo. El neutro del secundario se puede conectar con la tierra o puede ser utilizado para tener un suministro de cuatro cables.Se puede tener un suministro desequilibrado de cuatro cables, y las tensiones desequilibradas resultantes son relativamente pequeñas, siendo solamente proporcionales a las impedancias interna de los enrollamientos. Por esta razón se pueden alimentar simultáneamente cargas equilibradas y desequilibradas.Inconvenientes:

No se dispone de neutro en el primario para conectarlo con la tierra. Esto no es precisamente un inconveniente, pues, por lo general en el circuito del primario del transformador hay una toma de tierra, sea en el generador, sea en el secundario del transformador elevador de tensión.Una avería en una fase hace que una batería o unidad trifásica no pueda funcionar hasta que se la repare.El enrollamiento en triangulo puede ser débil mecánicamente en el caso de un transformador reductor de tensión con el primario a tensión muy alta o con una tensión mediana en el primario y potencia pequeña.Aplicaciones:La aplicación principal tiene efecto como reductor de tensión para alimentar una distribución de cuatro cables, con carga equilibrada o desequilibrada. Con esta conexión se puede alimentar una carga mixta, como para motores e iluminación.Esta conexión es igualmente aplicable para elevar la tensión con miras a alimentar una distribución de alta tensión o línea de transmisión, pues son eliminadas las tensiones del tercer armónico, puede disponerse de un neutro en la A.T. para conectar con la tierra, y los enrollamientos de A.T. poseen las características más robustas. [10]Conexión de estrella interconectada-estrella

Fig.18 conexión de estrella interconectada-estrellaVentajas:Puede disponerse de neutros para conectar con la tierra tanto en el primario como en el secundario, lo que permite alimentar distribuciones de cuatro cables con cargas equilibradas y desequilibradas.Las tensiones del tercer armónico entre las líneas y el neutro en el primario, se alimentan por la oposición entre tales tensiones en las mismas de los enrollamientos que están conectadas en serie para constituir una fase.Ambos enrollamientos son muy robustos mecánicamenteInconvenientes:Se requiere en el enrollamiento primario un 15,5 % de cobre adicional, con el aumento correspondiente en el aislamiento total. El tamaño de la armazón debe, por consiguiente, ser mayor y el coste del transformador es más elevado.Debido a las dificultades de fabricación en la construcción de las bobinas, el enrollamiento en estrella interconectada debe ser siempre de baja tensión. Por esta razón, esta conexión no resulta apropiada para transformadores reductores de tensión. La tolerancia en los desequilibrios de la carga es mayor cuando el enrollamiento en estrella interconectada es el secundario.

Aplicaciones:Esta conexión se ha aplicado como substituye de las de estrella-triangulo o de triangulo-estrella. Se deseaba una conexión con la cual se pudieran alimentar cargas desequilibradas y también eliminar las tensiones del tercer armónico con un enrollamiento que poseyese la rigidez mecánica de la conexión en estrella.La combinación de estrella interconectada a estrella resulto que daba los resultados deseados, con la excepción de que no se eliminaban las tensiones del tercer armónico en el bobinado en estrella. La conexión de estrella interconectada a estrella puede, por esta razón, utilizarse para los fines en que resulte apropiado emplear la conexión de triangulo-estrella o de estrella a triangulo, teniendo siempre presente que con ciertos tipos de transformadores no es conveniente conectar con la tierra el neutro de la estrella, mientras que con todos los tipos, el enrollamiento en estrella deberá ser el de alta tensión. [8]Conexión de estrella-estrella interconectada

Fig.19 conexión estrella-estrella interconectadaVentajas, inconvenientes y aplicaciones:Como esta combinación es exactamente la inversa de la de estrella interconectada a estrella y, asimismo, es tan similar a ella, lo que se ha dicho respecto a esta última conexión se aplica igualmente a la que describimos, Debe observarse de todas maneras, que, cuando las observaciones referentes a la conexión estrella interconectada a es-trella se aplique a la conexión estrella a estrella interconectada, las palabras "primario" y "secundaria" deberán intercambiarse. En la Gran Bretaña, por lo menos, la conexión estrella-estrella interconectada se ha empleado para substituir la de triangulo a estrella en los transformadores reductores de tensión de potencia relativamente pequeña y tensiones primarias altas, con las cuales un enrolamiento en triangulo no tendría estabilidad mecánica. La carga desequilibrada que admite esta conexión, es mayor que con la combinación estrella interconectada a estrella. [11]

Fig.20 conexión estrella-estrella interconectado

Conexión de estrella a doble estrella:Ventajas:Las características del enrollamiento son similares a las de la conexión de estrella a estrella en algunos aspectos.

Puede disponerse de neutros, en el prima-rio, para la conexión con la tierra, y en el secundario, para el neutro de la distribución, tanto en corriente continua como en corriente alterna.Al alimentar convertidores rotativos, se eliminan las tensiones del tercer armónico por las corrientes del tercer armónico que circulan en los enrollamientos del transformador y del convertidor rotativo. En los convertidores de polos desdoblados, la tensión del tercer armónico es utilizada para regular la tensión del convertidor.Un secundario de doble estrella solamente requiere tres enro-llamientos, en vez de los seis del de doble triangulo. La Figura muestra una conexión diametral, pues el verdadero enrollamiento en doble estrella consiste en dos enrollamientos separados de polaridad opuesta.)Las derivaciones para el arranque en los transformadores que alimentan convertidores rotativos, pueden sacarse con más facilidad en un secundario de doble estrella.Inconvenientes:El único inconveniente de esta conexión es que un fallo en una fase hace que la batería o unidad trifásica no funcione hasta que se repare la avería.Aplicaciones:Para alimentar convertidores rotativos de seis fases.Para una distribución de baja tensión con tres circuitos separados monofásicos trifilares. [10]

Fig.21 conexión de estrella-doble estrella

Conexión de triangulo-doble triangulo:Ventajas:Si falla una fase en una unidad trifásica o batería, puede seguir funcionando en una conexión de V a doble V, pudiendo suministrar el 58% de la potencia total, en una distribución de tres a seis fase. La fase averiada deberá tratarse de la misma manera que se especificó en la conexión triangulo-triangulo, y las mismas limitaciones deben aplicarse con los diferentes tipos de transformadores.Esta conexión es la más económica para primarias y secundarios de baja tensión y corrientes intensas.Las tensiones del tercer armónico se eliminan por la circulación de las corrientes de este tercer armónico en los enrollamientos primarios y secundario en triangulo.Inconvenientes:No se dispone de neutro, ni en el primario ni en el secundario, para conectar con la tierra o para tener un neutro en la distribución de corriente continua o alterna.Para altas tensiones, los primarios en triangulo no son fuertes mecánicamente y las dificulta-des de construcción de los enrollamientos son mayores y de un coste más elevado.Se necesitan seis enrollamientos en el secundario, lo que hace que el transformador sea algo mayor y más costoso.Aplicaciones:Para alimentar convertidores rotativos de seis fases.[11]

Fig. 22 conexión estrella-triangulo

Conexión estrella interconectada-doble triangulo:

Ventajas, inconvenientes y aplicaciones.Esta conexión puede resultar ventajosa en lo que se refiere a los transformadores que alimentan convertidores rotativos construidos para altas tensiones en el primario, pero de una potencia relativamente pequeña y también cuando se desea una ausencia completa de tensión del tercer armónico: al mismo tiempo, permite que el transformador funcione en paralelo con otros transformadores, los cuales pueden estar conectados en estrella a doble estrella o en triangulo a doble triangulo.Conexión estrella a doble triangulo

Fig. 23 conexión estrella interconectado-doble trianguloFig. 24 conexión estrella a doble triangulo

Ventajas:

El enrollamiento primario posee gran resistencia mecánica, y necesita solo una aislación mínima, tanto en condiciones normales de funcionamiento, como con sobrecargas transitorias inherentes a la conexión en estrella.El neutro del primario puede conectarse con la tierra.Los enrollamientos secundarios poseen las ventajas correspondientes a las conexiones en triangulo para corrientes intensas de baja tensión.Se eliminan las tensiones del tercer armónico por la circulación de las corrientes de este tercer armónico en los secundarios conectados en triangulo.Inconvenientes:No se dispone de neutro en el secunda-rio para una distribución de corriente continua o alterna.El fallo en una fase hace que la batería o unidad trifásica no funcione hasta que se repare la avería.Aplicaciones:Para alimentar convertidores rotativos de seis fases. [8]Conexión de triangulo a doble estrella.

Fig. 25 conexión triangulo a doble estrellaVentajas:Se eliminan las tensiones del tercer armónico por la circulación de estas corrientes en el primario en triangulo.Las conexiones de doble estrella re-quieren solo tres enrollamientos, en vez de seis que son necesarios para los de doble triangulo.Se dispone de neutro para una distribución corriente continua o alterna.Inconvenientes:No se dispone de neutro en el primario para conectar con la tierra.Para altas tensiones, el primario en triangulo no es fuerte mecánicamente, y también las dificultades de construcción de los enrollamientos son mayores y el coste, más elevado.Si falla una fase, una batería o unidad trifásica no puede funcionar hasta que aquella se repare.Aplicaciones:Para alimentar convertidores rotativos de seis fases.Para una distribución de baja tensión con tres circuitos separados monofásicos trifilares. [8]Conexión de estrella interconectada a doble estrella

Fig. 26 conexión estrella interconectada a doble estrellaVentajas:En circunstancias excepcionales esta conexión puede emplearse en lugar de la de estrella-doble estrella. Se puede presentar el caso de que el cable que alimenta al transformador posea una gran capacidad electrostática, y de que interese conectar con la tierra el neutro del primario del transfor-mador. A pesar de la circulación de la corriente del tercer armónico que tiene efecto entre el secundario del transformador y los enrollamientos del convertidor, pueden aparecer pequeños residuos de tensiones de este tercer armónico en los neutros de la conexión de estrella-doble estrella, de manera que, si con esta conexión el neutro del prima-rio se conectase con la tierra, aparecerían tensiones del tercer armónico en cada terminal de la línea, y esto podría producir corrientes de carga excesivas con interferencia sobre las líneas telefónicas. No obstante, si el enrollamiento primario es en estrella interconectada, no aparecen tensiones del tercer armónico, ni en el neutro ni en los terminales de la línea.Inconvenientes: Los enrollamientos en estrella interconectada requieren un 15,5% más de cobre que los enrollamientos, en estrella para la misma tensión de la línea.En el bobinado en estrella interconectada, con objeto de mantener las impedancias lo más bajas posible entre las mitades de los enrollamientos de un mismo brazo del núcleo, es necesario entrelazar las bobinas individuales, y esto introduce una cantidad considerable de dificultades de construcción con tensiones elevadas y un aumento apreciable en el tamaño de la armazón del transformador.Aplicaciones:Para alimentar convertidores rotativos de seis fases.Para distribución de baja tensión con tres circuitos separados monofásicos trifilares. [7]

Fig. 27 conexiones ScottConexión Scott:Las características de sus enrollamientos son similares, en el aspecto de la rigidez mecánica, a las de la conexión de estrella a estrella. En el bobinado trifásico se dispone de un neutro para conectar con la tierra y para la red de distribución. En el bobinado bifásico, se pueden conectar los enrollamientos para tener un suministro con tres o cuatro cables, según se desee. Las mitades de los enrollamientos del transformador en el lado trifásico pueden entrelazarse, con objeto de evitar una reactancia excesiva, Debido al factor de potencia in-terna en el lado trifásico, y aunque la carga tenga un factor de potencia igual a la unidad, dos unidades monofásicas que forman una conexión Scott pue-den solo producir el 88,6% de la potencia en kV que proporcionarían por separado.

Aplicaciones:Para alimentar, con sistemas trifásicos, cargas bifásicas o monofásicas.Para unir sistemas trifásicos y bifásicos.Conexión doble Scott:Las características de esta conexión son muy similares a las de la conexión Scott. Se eliminan prácticamente las tensiones del tercer armónico por la circulación de estas corrientes en los enrollamientos del convertidor rotativo y del transformador, y en el lado de las seis fases se dispone de un neutro para conectar con la tierra o sistema de distribución.Aplicaciones:Para alimentar convertidores rotativos de seis fases por medio de sistemas bifásicos. [8]

Conexión de estrella a estrella:

Esta conexión del autotransformador es quizá la que se emplea más extensamente, siendo la más sencilla, la más robusta, y con ella puede disponerse de un neutro para conectar con la tierra y para un transformador del tipo acorazado trifásico, o una distribución con cuatro cables, Si el aparato es un transformador del tipo acorazado trifásico, o bien una batería compuesta de tres transformadores monofásicos, puede aparecer la interferencia del tercer armónico cuando se conecte con la tierra el neutro. Tal como ocurre con los transformadores usuales de doble bobinado; pero, si se adopta el tipo de núcleo trifásico, este inconveniente desaparece. La conexión de la figura se aplica igualmente a autotransformadores elevadores como reductores, y solo es cuestión de intercambiar los terminales a, b, c, y A. B. C, respetivamente. Las características de los enrollamientos son similares a las de los transformadores de doble bobinado con conexión de es-trella a estrella.[6]

Fig. 29 conexión estrella a estrellaConexión de triangulo- triangulo:El esquema a) del grupo de conexiones de triangulo a triangulo en los autotransformadores, muestra la disposición más simétrica posible, pero solo es factible en la relación de dos a uno.El esquema b) del grupo muestra las conexiones de un autotransformador elevador, con las cuales la relación de transformación puede tener el valor que se desee. El Angulo de fase entre los terminales del primario y del secundario depende de la relación de transformación.El esquema c) del grupo muestra las conexiones de un transformador reductor para cualquier valor de la relación de transfiguración. En este caso, también el ángulo de fase entre los terminales del primario y del secunda-rio depende de la relación de transformación. Todas estas conexiones de triangulo-triangulo presentan el inconveniente de que no hay neutro disponible para conectar con la tierra o red de distribución. Las características de los enrollamientos son semejantes a las de los transformadores de doble bobinado en conexión de triangulo a triangulo.[11]

Fig. 30 conexión triangulo a trianguloConexión de V a V.

La conexión de V a "V no se emplea con mucha frecuencia, pues, aunque su coste inicial es bajo, adolece de los mismos inconvenientes que los transformadores trifásicos usuales de doble bobinado, del grupo con conexión de V a V. Esta conexión es electrostáticamente desequilibrada, no se dispone de neutro, y las características del enrollamiento son parecidas a las de los transformadores de doble bobina-do del grupo con conexiones de V a V. [5]

Fig. 31 conexión V a V

Conexión de T a T.

Esta conexión se emplea también muy raramente en los autotransformadores trifásicos, pero ofrece sobre la de V a V la ventaja de que se pue-de disponer de un neutro, por lo que el equilibrio de la tensión puede mantenerse estable. Las características del enrollamiento son similares a las del grupo de doble bobinado con conexión de T con T, pero los neutros no coinciden y solo se puede conectar con la tierra uno de ellos. [9]Conexión de estrella a estrella interconectada o de estrella interconectada a estrella.

Fig. 32 conexión T a T

Fig. 33 conexión estrella a estrella interconectada o de estrella interconectada a estrella.

Esta conexión puede a veces ser útil por el hecho de que semejante autotransformador se puede montar en paralelo con un transformador de doble bobi-nado en conexión de estrella a triangulo o de triangulo a estrella.El esquema a) del grupo muestra las conexiones de un autotransformador elevador de estrella-estrella interconectada al reductor de estrella interconectada a estrella. Se dispone de un neutro para conectar con la tierra o una red de distribución, y las tensiones del tercer armónico no se presentan en el lado de la estrella interconectada. Para las conexiones del esquema, la relación de transformación debe ser de 1 a 1,73.

Fig. 33 conexión estrella a estrella interconectada O de estrella interconectada a estrella

El esquema b) del grupo muestra las conexiones de estrella-estrella interconectada o de estrella interconectada-estrella en transformadores elevadores o reductores, respectivamente. Para los transfor-madores de: estrella-estrella interconectada, la tensión primaria se aplica a los terminales a, b. c, mientras que en los de estrella interconectada-estrella, la tensión primaria se aplica a los A, B, C. Las características de los enrollamientos son similares a las de los transformadores de doble bobinado die estrella a estrella interconectada.La siguiente tabla muestra algunas de las conexiones expuestas anteriormente, conjuntamente con los ángulos de desfase que se produce entre el primario y el secundario de cada transformador.[9]

Fig. 32 tabla de conexiones de lo bobinados

Los "Tap´s" no son más que derivaciones de alguno de los bobinados del transformador, a veces para cambiar el voltaje de entrada, o para escoger distintos voltajes de salida en el secundario, o para variar la impedancia de carga en caso de un transformador de audio, ya sea de acoplamiento, micrófono o de salida aunque la prueba que sugiere Fogonazo es buena, debe realizarse SOLAMENTE cuando estás seguro de haber identificado los cables que corresponden al primario o entrada de la red, además de saber que es un transformador de poder y no uno de adaptación de impedancias u otro uso que no sea el de proveer alimentación de distintos voltajes al de la red.Si aplicas una tensión AC en serie con un foco o bombilla así sea de 20 watts, corres el riesgo de quemar el bobinado en caso de que por ejemplo, sea para una salida de 5 volts AC pero de muy baja corriente, porque lógicamente el alambre utilizado es muy delgado y con la corriente limitada por el foco puede ser suficiente para que se queme ese bobinado.Si aplicas el mismo voltaje con el foco a un bobinado de muy alta tensión, corres el peligro de generar un transitorio muy grande voltaje que puede destruir el dieléctrico, es decir el material aislante entre capa y capa del transformador. [12]

Conclusión:Cada una de estas características puede ser la mejor en su tipo, debido a que depende de la aplicación donde vayamos a usar. El tipo de núcleo más eficaz es el tipo acorazado. Gracias a su forma, las tenciones en el transformador tipo acorazado presentan menos distorsiones en las salidas de las fases. También se sabe ahora que los sistemas de potencia trifásicos le sacan ventaja a los sistemas monofásicos como por ejemplo se puede obtener más potencia por kilogramo de metal de una maquina trifásica. Así también otra grande ventaja que se logra ver es que la potencia suministrada a una carga trifásica es constante en todo momento, en lugar de oscilar como lo hace en los sistemas monofásicos.El transformador trifásico es una maquina muy útil y con un campo de aplicación bastante grande y casi total dentro de la electrónica y la electricidad, ya que tiene una amplia gama de configuraciones en su conexión y diferentes métodos de disposición en la construcción de la parte física.En bajas capacidades los transformadores trifásicos son más pesados.El costo de los transformadores trifásicos siempre es más bajo (solo el 10% en bajas capacidades pero en altas capacidades llega a ser hasta el 25% menos en comparación con losTransformadores monofásicos)Por estas razones la industria ha preferido usar los transformadores trifásicos ya que esta opción implica un ahorro significativo que conlleva a minimizar los costos de producción.Cuando analizábamos la conexión en delta abierto se nos vino una pregunta porque en vez de salir como potencia 66.7% que era lo que lógicamente tendría que salir ,sale tan solo un 57,7% .La repuesta estaba que un transformador produce potencia reactiva que consumía el otro . por ello el intercambio de energía entre los dos transformadores es lo que limita la potencia de salida .Gracias a la conexión ye abierta y delta abierta se puede dar servicio a pequeños clientes comerciales que necesitan servicio trifásico en áreas rurales donde no están disponibles las tres fases.

TEMA: TRAFOS MONOFÁSICOS CON CONEXIONADOS TRIFÁSICOS.

TRANSFORMACIONES TRIFASICAS

BANCOS DE TRANSFORMADORES

TRANSFORMADORES TRIFASICOS

MONOFASICOS

RELACIÓN DE TRANSOFORMACIÓN:

En transformaciones trifásicas se define como la relación de tensiones de línea de entrada a las tensiones de Línea de salida del Banco o transformador trifásico considerado

Grupos de Conexión normalizados:

CONDICIONES IDEALES QUE DEBEN CUMPLIR LOS TRANSFORMADORES COMPONENTES

TIPOS DE CONEXIONES:

:

Simétricas: Yy, Yd, Dy, Dd, Yz

Asimétricas: Vv (triángulo abierto)Ttetc

RELACION DE TRANSFORMACION SEGÚN SU TIPO DE CONEXIÓN:

TEMA: AUTOTRANSFORMADORES: CARACTERÍSTICAS, TIPOS DE AUTOTRAFOS,

APLICACIONES.

El autotransformador es un transformador de características especiales.

En efecto, puede ser concebido como un transformador con un solo bobinado con sus dos bornes

accesibles y con un tercer borne accesible que conecta a una toma intermedia del bobinado y el cuarto

borne común a alguno de los dos primeros o, lo que sería equivalente.

Dos bobinados conectados de tal manera que tienen dos de sus cuatro bornes accesibles conectados en

común.

La principal ventaja de este tipo de transformadores radica en que se puede disminuir el tamaño y los

materiales utilizados respecto al transformador clásico para igual potencia nominal implicando una

disminución sustancial en los costos del equipo, aunque con algunas desventajas que deben ser tenidas

en cuenta al momento de seleccionar la aplicación de esta máquina.

En la figura siguiente se ilustra el esquema del autotransformador, en el mismo se definen el devanado

común, como aquel que se “ve” tanto desde el primario como desde el secundario (Vc) y el devanado, que

llamaremos serie, como aquel que se encuentra conectado “en serie” con el devanado común (Vse).

La principal desventaja del autotransformador que inmediatamente surge de la conexión planteada es que no dispone de aislación galvánica entre los bobinados primarios y secundarios, por lo que una elevación de potencial en un bobinado respecto a un punto repercute directamente en el otro. Por otra parte un cortocircuito en el bobinado “serie” aplica gran parte –o la totalidad en caso de un cortocircuito franco- de la tensión aplicada de un lado en el otro lado del transformador.

-Los dos bobinados son atravesados por el mismo flujo al igual que en un transformador común, por lo tanto las tensiones inducidas en ambas bobinas estarán en fase y existirán las mismas relaciones de transformación entre las bobinas 1 y 2 que en un transformador común, además si despreciamos la intensidad de excitación necesaria para mantener el flujo, estas estarán también en fase.

Estudio de autotransformadores monofásicos.

El auto transformador es un dispositivo eléctrico estático, muchos lo definen como un transformador de tipo especial, hace común de parte de un devanado para ambos, es decir primario y secundario, tiene una derivación que es necesaria para operación.

Principio de operación:

El principio de funcionamiento en auto transformador, no es diferente al del transformador convencional ya que se rige por las mismas consideraciones fundamentales vistas para los transformadores de devanados separados, donde un conductor de primario y otro secundario se conectan entre sí, de manera que ambos devanados quedan conectados en serie En la figura 4.23 se observa un transformador convencional y en la figura 4.24 se aprecia cómo quedaría conectado este transformador como un auto transformador tipo reductor.

En la figura se observa que ahora está conectado como un autotransformador elevador. Un tipo de autotransformador es aquel que tiene la derivación ajustable en forma continua para proporcionar un rango de voltaje desde 0% hasta 130% del valor nominal de su tensión. Éste tipo de autotransformador es muy útil en aquellos circuitos donde se requiere fijar en forma precisa un valor determinado de voltaje. Existen otros casos donde no se requiere de voltaje con ajuste continuo, en este caso se emplean derivaciones fijas para cambiar la relación de vueltas

Conexión de transformadores monofásicos en arreglos de autotransformadores trifásicos:

Los trasformadores monofásicos convencionales pueden conectarse como autotransformador monofásico, sin embargo éstos tienen aplicaciones muy limitadas, siendo una de ellas la relación de tensión que no debe ser mayor que 1:1, debido a los riesgos que implicarían las elevadas tensiones en caso de alguna avería o falla. Sin embargo, es posible realizar algunas conexiones trifásicas con autotransformadores utilizando trasformadores monofásico convencionales

Conexión en estrella.

En la figura se observa la conexión de tres autotransformadores monofásico en estrella, como se aprecia en la figura la conexión es muy parecida a cuando se tienen tres transformadores monofásicos convencionales. Esta es la conexión que se utiliza con mayor frecuencia.

Conexión en delta:

En la figura se aprecia la conexión de tres trasformadores monofásico convencionales como autotransformador en conexión delta. Una de las limitantes de esta conexión es que los ángulos de las tensiones de línea de los secundarios no concuerdan con las tensiones de línea de los primarios. Y la mayor relación de transformación que se recomienda es de 2:1.

Delta abierta:

La conexión delta abierta Delta abierta no es una conexión común en transformadores eléctricos, sin embargo, cuando se tiene un banco trifásico conectado en delta y formado por transformadores monofásicos, y por algunas circunstancias se daña el primario o secundario de uno de los trasformadores, se podrá continuar entregando potencia trifásica sin ninguna variación en el voltaje trifásico debido a que los dos tranformaron monofásicos quedarán conectadas en serie formando una delta abierta. Por lo anterior este tipo de conexión suele considerarse como una conexión de emergencia en trasformadores trifásicos y puede seguir alimentando carga trifásica con el único inconveniente en su capacidad de potencia que disminuye a un 58. 8% aproximadamente. Ese tipo de conexión se emplea en sistemas de baja capacidad y por lo general funcionan como autotransformadores. La figura 4.30 se

muestra este tipo de conexión.

Ventajas y desventajas del autotransformador respecto al transformador convencional

a) Un autotransformador es más barato que un transformador de dos en dominados de la misma capacidad e igual relación de transformación.

b) El ahorro es significativo sólo cuando la relación de tensión no es muy diferente de la unidad (1:1).

c) El ahorro obtenido se sacrifica hasta cierto punto por la seguridad del personal, por el hecho de que un autotransformador no hay aislamiento eléctrico entre la fuente y la carga (primario y secundario).

d) La salida de un transformador de dos devanados se puede incrementar al conectarse como autotransformador. Haciendo esto se cambia la relación de voltaje.

e) Un autotransformador ofrece mejor regulación, peso y tamaño reducido por kVA, rendimiento alto y corriente de magnetización menor.

f) Una desventaja adicional del autotransformador la constituye su impedancia interna. La menor impedncia del autotransformador comparada con la correspondiente a un transformador convencional de dos devanados, puede ser un problema serio en algunas aplicaciones en que se requiere que la impedancia serie limite la corriente de cortocircuito el sistema de potencia.

TEMA: TRANSFORMADORES DE MEDIDA: DE TENSIÓN Y DE CORRIENTE.

Transformadores de medida: Entre los transformadores con fines especiales, los más

importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés

protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida

aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción

de Contadores, instrumentos y relés.

-Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para

instalar instrumentos, contadores y relees protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los

transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relees, permitiendo una mayor normalización

en la construcción de contadores, instrumentos y relees.

Los transformadores de medida traducen las intensidades y tensiones de las líneas de A.T. a valores

medibles por contadores y protecciones. Sólo así puede disponerse de más de 400.000 unidades instaladas,

hasta 765 Kv.

Los Transformadores de Medida con aislamiento seco están diseñados para reducir intensidades o

tensiones a valores manejables y proporcionales a las primarias originales.

Tipos de transformadores de medida y características:

Dependiendo del uso se distinguen dos tipos de transformadores de medida y protección.

- Transformadores de tensión: su relación de transformación viene dada por los

valores de tensión en bornes del arrollamiento con relación a la tensión

aparecida entre los extremos del bobinado secundario. Son empleados para

el acoplamiento de voltímetros siendo su tensión primaria la propia de

línea. Dependiendo de las necesidades surgidas en cada momento, pueden

disponer de varios arrollamientos secundarios.

- Transformadores de intensidad: en estos transformadores, la intensidad primaria y la secundaria guardan una proporción, siendo ésta igual a la relación de transformación característica del propio transformador. Se utilizan cuando es necesario conocer la intensidad de línea. En este caso se intercala entre una de las fases el bobinado primario de tal manera que éste que conectado en serie a la fase y al secundario se conecta el aparato de medida de la misma manera que en los transformadores de tensión. Constructivamente son diferentes a los de tensión