Resumen En este ensayo vamos a hacer un estudio de campo acerca de los transformadores monofásico, trifásico y autotransformador,

Índice de Términos— Análisis, transformador monofásico, transformador trifásico, autotransformador.

I. INTRODUCCIÓN

TRANSFORMADORES

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. Lapotencia 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, tamaño, etc.

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, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. 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.

Transformador monofasico

Los  métodos que existen para determinar los parámetros de un Transformador Monofásico de dos enrollados son:

- Prueba de Vacío

- Prueba de Cortocircuito.

En donde al realizar cada prueba se realizaron las mediciones de corriente, voltaje, potencia y temperatura.

También contiene el estudio del Transformador Monofásico de dos enrollados bajo carga, donde se desarrollaron los siguientes puntos:

- Factor de Regulación.

- Eficiencia.

Cabe señalar que estos puntos son las principales características de un Transformador en funcionamiento, que permite la elección entre varios Transformadores.

La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía.

Factor de Regulación:

La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varia de cero a un valor nominal. Considérese los dos embobinados del transformador mostrado en la figura 4-a. La carga esta conectada al lado2 y la fuente de voltaje al lado 1.Supongamos que el transformador esta entregando a la carga una corriente nominal a un voltaje nominal y con un factor de potencia específico. La fuente de voltaje es ajustada para obtener voltaje constante a este valor y la carga es desconectada del transformador, el voltaje de salida del transformador cambiará; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando está sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fracción del valor nominal, es definida como la regulación del voltaje nominal del transformador a un factor de potencia específico. La ecuación 9 representa el factor de regulación en porcentaje.

Como generalmente, la corriente de excitación será pequeña comparada con la corriente nominal de un transformador de núcleo de hierro, la rama en derivación consiste de Rm y Xm puede no considerarse para cálculos de regulación de voltaje.

Como el transformador está entregando la corriente nominal IL2 a un factor de potencia COS (L), el voltaje de carga es V2.

TransformadoresJuan Pablo Pesantez

Juanpa1989ppp@hotmail.com, Universidad Politecnica Salesiana

1

El correspondiente voltaje de entrada es V1 / a referido al lado 2. Cuando la carga se remueve, manteniendo el voltaje de entrada constante se observara en la figura 4.b que el voltaje en los terminales de carga, cuando IL2 = 0, es V1 / a, luego la ecuación 10 representa el factor de regulación de voltaje, en porcentaje, no considerando la rama de magnetización.

Rendimiento:

Supongamos el transformador de núcleo de hierro. Supóngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia COS (L), está entregando a la carga, una corriente IL2 (no es necesariamente el valor nominal). Las pérdidas en el transformador son los que se tienen en el núcleo debida a la histéresis, a las corrientes parásitas y la óhmicas en las resistencias de los enrrollamientos. Por Pc se presentan las pérdidas en el núcleo; como las pérdidas en el núcleo son dependientes de la densidad de flujo y la frecuencia puede considerarse que Pc permanece constante en el tiempo si el voltaje de salida y la frecuencia se mantienen constantes en el tiempo. Las pérdidas óhmicas en los enrrollamientos, están en función de la corriente. A cualquier corriente IL2, kas pérdidas óhmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas pérdidas son llamadas pérdidas en el cobre, luego ka ecuación 12, representa el rendimiento del transformador.

; (Ec.12)

; (Ec.13)

TRANSFORMADOR TRIFASICO

Casi todos los sistemas importantes de generación y distribución de potencia del mundo son, hoy en día, sistemas de corriente alterna trifásicos. Puesto que los sistemas trifásicos desempeñan un papel tan importante en la vida moderna, es necesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella.

Considerables ventajas son las que ganan con el uso de un solo transformador trifasico en lugar de tres unidades monofasicas de la misma capacidad total. Las ventajas son rendimiento incrementado, tamaño reducido, peso reducido y menor costo. Una reducción del espacio es una ventaja desde el punto de vista estructural en estaciones generadoras o bien subestaciones.

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.

normalización de las conexiones de transformadores trifásicos.

La normalización de las conexiones trifásicas del transformador obedece, en principio, a mantener una equiparidad en la aplicación de los distintos grupos de conexión.

Además, debemos de tener en cuenta en cada una de estas conexiones poseen un desfase diferente entre sí, en el caso de conectar los transformadores en paralelo. Por ejemplo, el funcionamiento de los transformadores en paralelo que pertenecen a distintos grupos es imposible, debido a que en alguno de estos casos la corriente circulante excederá varia veces el valor nominal.

Esto nos ayuda a entender él porque da la normalización, ya que sin ellas se producirá un desconocimiento general de los efectos producidos por cada una de las conexiones

Explique en que casos es conveniente utilizar las siguientes conexiones y cual es la aplicación:

a) Conexión delta -delta.

Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas interferencias en el sistema. Además, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho equilibrio, ya que las corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados. La conexión delta-delta de transformadores monofásicos se usa generalmente en sistemas cuyos voltajes no son muy elevados especialmente en aquellos en que se debe mantener la continuidad de unos sistemas. Esta conexión se emplea tanto para elevar la tensión como para reducirla.

En caso de falla o reparación de la conexión delta-delta se puede convertir en una conexión delta abierta-delta abierta.

Fig.1. Conexión Delta-Delta.

b) Conexión estrella-delta.

La conexión estrella-delta es contraria a la conexión delta-estrella; por ejemplo en sistema de potencia, la conexión delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la conexión estrella-delta para reducirlos. En ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribución esta conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribución a tres hilos.

Conexión Estrella-Delta.

c) Conexión estrella-estrella.

2

Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a las corrientes en la línea. Si las tensiones entre línea y neutro están equilibradas y son sinuosidades, el valor eficaz de las tensiones respecto al neutro es igual al producto de 1/"3 por el valor eficaz de las tensiones entre línea y línea y existe un desfase de 30º entre las tensiones de línea a línea y de línea a neutro más próxima.

Las tensiones entre línea y línea de los primarios y secundarios correspondientes en un banco estrella-estrella, están casi en concordancia de fase.

Por tanto, la conexión en estrella será particularmente adecuada para devanados de alta tensión, en los que el aislamiento es el problema principal, ya que para una tensión de línea determinada las tensiones de fase de la estrella sólo serían iguales al producto 1/ "3 por las tensiones en el triángulo.

Conexión Estrella-Estrella.

d) Conexión delta-estrella.

La conexión delta-estrella, de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación de fuerza y alumbrado.

Conexión Delta-Estrella.

3. Que importancia tiene la conexión a tierra de los neutros de transformadores trifásicos, en su comportamiento en vacío.

Su importancia radica en que por medio del neutro es posible la circulación de las corrientes armónicas y con esto se logra variar la distorsión de la señal de entrada. De existir esta distorsión, también se transmitirá al secundario y por ende, a las cargas conectadas a el.

El efecto que produce un terciario en una conexión Delta, en transformadores trifásicos funcionando en vacío.

El diseño de los devanados terciarios está determinado por las conexiones del sistema y los resultados que se espera obtener del triángulo de terciarios.

Por ejemplo, si están aislados los neutros de los primarios y los secundarios y el triángulo de terciarios no alimenta a carga alguna, las únicas corrientes que pueden circular por los devanados terciarios son los terceros armónicos o corrientes de excitación de secuencia cero y en consecuencia, los devanados pueden ser relativamente finos. Sin embargo, el neutro de la estrella de alta tensión suele estar puesto a tierra, y a veces lo están ambos neutros. En estas condiciones las averías de puesta a tierra de las líneas de alta tensión pueden inducir corrientes muy intensas en los terciarios y éstos deberán poder soportar el calentamiento y las fuerzas mecánicas ocasionadas por ellas. A menudo, el triángulo de terciarios alimenta una carga.

Por ejemplo circuitos auxiliares de una subcentral, o condensadores estáticos para regulación del factor de potencia y de la tensión. En estas condiciones el triángulo de terciarios debe soportar los efectos de cortocircuitos entre sus propios terminales.

DATOS DEL ESTUDIO DE CAMPO DEL TRANSFORMADOR TRIFASICO 1

El transformador Trifasico que visitamos esta ubicado en la cuidad de biblian en la parte de afuera de la empresa electrica también fue hecho por la empresa ecuatran ya antes citada

El transformador Trifasico es untransformador de distribución autoenfriado, sumergido en aceite, con una variación de temperatura de 65 grados centígrados sobre la temperatura del ambiente que cumple los lineamientos de la norma ANSI IEEE C57.12.

BOBINAJE Y NUCLEOSEl proceso de bobinado se lleva acabo con maquinas bobinadoras de control numérico digital, que permiten obtener un minimo margen de error.Los devanados de media tensión se fabrican con conductores de cobre, redondo o rectangular esmaltados cuya resistencia térmica y mecánica garantizan el adecuado funcionamiento del transformador, mientras que los de baja tensión son elaborados con laminas de cobre de aluminio y en algunos casos con conductores rectangulares

AISLAMIENTOEn cuanto al aislamiento se utiliza materia prima recubierta con recina epoxica, que permite a la bobina compactarse, brindando de esta forma al transformador gran resistencia mecánica frente alos fenómenos ocasionados por corto circuitos externos, y que sumado a la alta rigidez dieléctrica garantizan aislamiento de la misma.

Nucleos

3

Estan constituidos con laminas magnéticas de acero al silicio de grado orientado, con bajo nivel de perdidas.

ENSAMBLAJEDe acuerdo a su tipo:ToroidalApiladoEn columnas

ESPECIFICACIONES DEL TRANSFORMADOR TRIFASICO

60 Hz65 GRADOS CENTIGRADOS

TRANSFORMADOR TRIFASICO

PLACA TRANSFORMADOR TRIFASICO

GRAFICAS DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS

TRANSFORMADORES TRIFASICOS DE DISTRUBICION

4

Transformador Trifásico 2Este transformador se encuentra trabajando en la subestación de Zhizhiquin en la ciudad de Azogues.

Parámetros de la Placa Descripción

Marca: MITSUBISHI Es la compañía que manufacturo el transformador en análisis

Fabricado en: Japón

Número de Serie: 9812281501

Serie de fabricación del transformador

KVA: 10000/12500 Es la potencia activa del transformador

Trifásico 60 ciclos o f=60Hz

Es la frecuencia de funcionamiento del transformador

Tipo Acorazado Indica la configuración del núcleo del transformador

Altitud:3000 MSM Indica a que altitud el transformador funcionara con las características de placa

Z= 7.44% a 12500 KVA Indica la impedancia del transformador a la temperatura mencionada

A.T69000 V83.7/105 A

B.T22000 V262/328 A

Es la tensión y corriente del transformador tanto en el lado de A.T. como en el de B.T.

Elevación de TemperaturaAceite: 55°CDevanado: 60°C

Indica cuanto se calienta el transformador en funcionamiento tanto en el sistema de enfriamiento como en la bobina

Norma: IEC-76(1993) Es la norma mediante la cual se rige la construcción del transformador

Nivel Básico de ImpulsoA.T:350 KVB.T: 150 KV

Indica el nivel de voltaje-tiempo al que puede funcionar el transformador

Tipo de EnfriamientoONAN/ONAF

Enfriamiento por aceite forzado-aire forzado

Grupo de Conexión Dyn1

Tipo de conexión triangulo al primario, estrella con neutro al secundario y con un desfase de 30°.

5

Peso: 25700Kg Es el peso total de la maquina

Placa

6

Transformador Trifasico 3

El transformador encontrado está en la bodega del taller de electricidad d la universidad politécnica salesiana

Placa:

Parámetros de la Placa

Pot. Nom. KVA

60 Año 04

Num. de

fases3

Frecuencia

60

Tensión 22.0 Tensión 220

7

Pri.K V Sec. V

Corr. Prim. A

1.57Corr. Sec.

A157

Tensión C.C.%

3.88Corr. C.C.

KA-

Peso Act. Kg

- AceiteMinera

l

Peso Total Kg

550Vol. Ac.

Li.140

Potencia nominal (KVA)

La potencia nominal es aquella que el transformador consume cuando está funcionando a plena carga. Se puede ver que la potencia de este transformador es alta porque está en el orden de los cientos de KVA.

Numero de fases:

Simplemente este dato nos advierte que el transformador es trifásico.

Tensión primaria:

La tensión de ingreso al primario es alta, por lo que podemos observar es de 22000V.

Corriente primaria:

Al analizar la corriente del primario se podrá decir que es relativamente baja.

Peso total:

Es el peso que tiene el transformador incluyendo su sistema de refrigeración, núcleo y bobinas.

Año:

Indica el año de fabricación del transformador. Podemos observar que tiene un tiempo de uso de 6 años.

Frecuencia:

La frecuencia de trabajo del transformador es la típica usada en América.

Tensión secundaria:

La tensión de salida al secundario es baja, que es de 220V, al analizar con las tensiones es un transformador reductor con relación de transformación de 100.

Corriente secundaria:

Al analizar la corriente del secundario es muy alta, debido a que la relación de transformación requiere que al secundario sea alta, además el consumo de la maquina es ese.

Aceite:

Es el tipo de aceite que usa el transformador para su sistema de refrigeración, que en este es de origen mineral.

Volumen de aceite:

Es la cantidad de aceite que cabe dentro del depósito de aceite para la refrigeración del transformador

Tipo de conexión:

Simplemente nos indica el tipo de conexión del transformador que en este caso es DY por lo que sabemos que está conectado en triangulo al primario y en estrella al secundario para compensar un posible desequilibrio en la carga.

Conclusiones

La investigación y análisis de campo de el transformador monofásico, trifásico y del autotransformador fue muy importante para solventar el capitulo de los transformadores de la materia, mas aun con esta investigación se tiene una idea concreta de los transformadores de su uso y fabricación en el país

Bibliografiawww.ecuatran.comfwww.wikipedia.org/wikirhttp://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS

Autores.

Realizado por:Juan P PesantezEstudiantes de ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Politécnica Salesiana Cuenca - Ecuador

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