INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TLALNEPANTLASUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

Fecha: 07-03-2013.

Hora: 01:00 am

Transformadores Especiales.

Materia:

Maquinas Eléctricas

Profesor:

Ing. José Jesús Rosales Cárdenas.

Alumnos:

Diego Alberto García Eligio. N.C: 09250138.

Carrera: Ingeniería Mecatrónica.

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Carrera Plan de

Estudios

Nombre de la

Asignatura

Clave de la

Asignatura

Ing. Mecatrónica Siglo XXI Maquinas Eléctricas MTF0508

Trabajo Laboratorio de Nombre del Trabajo

03 Aula T06 Transformadores especiales

I. Índice.

Introducción.

2.

Desarrollo.

5.

Conclusión.

12.

Bibliografía.

12.

II. Introducción.

La invención del transformador, data del año de 1884 para ser aplicado en

los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y

presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema

comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía

eléctrica que usaba transformadores, se puso en operación en los Estados

Unidos de América. En el año de 1886 en Great Barington, Mass., en ese

mismo año, al protección eléctrica se transmitió a 2000 volts en corriente

alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi,

Italia. A partir de esta pequeña aplicación inicial, la industria eléctrica en el

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mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de

desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el

transformador.

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere

la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción

electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios

en los valores de voltajes y corrientes.

La elección correcta de un banco de transformadores no es tarea que se

pueda tomar a la ligera, por lo que el conocimiento a fondo de esta máquina

es indispensable para todo proyectista eléctrico, por otra parte, poner fuera

de servicio un transformador representa un serio problema para las

empresas que se ocupan de prestar servicio de electricidad a las

comunidades, ya que ello siempre trae consigo un apagón más o menos

prolongado de un sector poblacional.

Por lo tanto el trabajo dado a continuación trata de dar una visión general a

cerca de los transformadores, su funcionamiento, sus conexiones, etc....

EL FUNDAMENTO DEL TRANSFORMADOR

Inducción mutua y autoinducción

En sus primeras experiencias sobre el fenómeno de la inducción

electromagnética Faraday no empleó imanes, sino dos bobinas arrolladas

una sobre la otra y aisladas eléctricamente. Cuando variaba la intensidad de

corriente que circulaba por una de ellas, se generaba una corriente inducida

en la otra. Este es, en esencia, el fenómeno de la inducción mutua, en el

cual el campo magnético es producido no por un imán, sino por una

corriente eléctrica. La variación de la intensidad de corriente en una bobina

da lugar a un campo magnético variable. Este campo magnético origina un

flujo magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en

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ella, de acuerdo con la ley de Faraday-Henry, una fuerza electromotriz.

Cualquiera de las bobinas del par puede ser el elemento inductor y

cualquiera el elemento inducido, de ahí el calificativo de mutua que recibe

este fenómeno de inducción.

El fenómeno de la autoinducción, como su nombre indica, consiste en una

inducción de la propia corriente sobre sí misma. Una bobina aislada por la

que circula una corriente variable puede considerarse atravesada por un

flujo también variable debido a su propio campo magnético, lo que dará

lugar a una fuerza electromotriz auto-inducida. En tal caso a la corriente

inicial se le añadirá un término adicional correspondiente a la inducción

magnética de la bobina sobre sí misma.

Todas las bobinas en circuitos de corriente alterna presentan el fenómeno

de la autoinducción, ya que soportan un flujo magnético variable; pero

dicho fenómeno, aunque de forma transitoria, está presente también en los

circuitos de corriente continua. En los instantes en los que se cierra o se

abre el interruptor, la intensidad de corriente varía desde cero hasta un

valor constante o viceversa. Esta variación de intensidad da lugar a un

fenómeno de autoinducción de duración breve, que es responsable de la

chispa que se observa en el interruptor al abrir el circuito; dicha chispa es

la manifestación de esa corriente adicional auto-inducida.

Transformadores

Primero que todo ¿qué es un transformador?

El Transformador es un dispositivo eléctrico que consta

de una bobina de cable situada junto a una o varias

bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más

circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el

efecto de inducción entre las bobinas .La bobina conectada a la fuente de energía

se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas

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secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario

se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario

este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de

intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de

forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina

secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente.

Los transformadores se utilizan hasta en casa, en donde es necesario para

aumentar o disminuir el voltaje que esta impartido por la compañía que está

distribuyendo la electricidad a estas, además sirve para resolver muchos

problemas eléctricos.

III. Desarrollo.

TRANSFORMADORES ESPECIALES

Autotransformador

El autotransformador es un transformador donde una parte del devanado es

común tanto al primario como al secundario.

El principio de funcionamiento es el mismo que el del transformador

común, entonces la relación de transformación entre las tensiones y las

corrientes y el número de vueltas se mantiene.

Las corrientes primaria y secundaria están en oposición y la corriente total que

circula por las espiras en común es igual a la diferencia de la corriente del

devanado de baja tensión y el devanado de alta tensión.

Para que un autotransformador funcione adecuadamente, los dos devanados

deben tener el mismo sentido de bobinado.

• Autotransformador reductor

Si se aplica una tensión alterna entre los puntos A y B, y

se mide la tensión de salida entre los puntos C y D, se

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dice que el autotransformador es reductor de tensión.

Autotransformador elevador

Si se aplica una tensión alterna entre los puntos C y D,

y se mide la tensión de salida entre los puntos A y B,

se dice que el autotransformador es elevador de

tensión.

Los autotransformadores tienen la ventaja sobre los transformadores comunes,

de un peso y costo menor. En lugar de tener un bobinado de alta tensión de N1

espiras, se debe preveer, para el bobinado de baja tensión, con un número N2 de

espiras, un número de espiras adicional de N1 - N2.

También hay que tomar en cuenta que el conductor de la sección común del

bobinado, debe de tener una sección de cobre en función de la diferencia de

corrientes entre baja y alta tensión.

Otra ventaja es la de no necesitar aislamiento entre los bobinados primario y

secundario. Sin embargo esto trae la desventaja de que el bobinado primario no

es independiente del secundario.

Esto causa peligro para una persona, pues entre tierra y el hilo común del

secundario y el primario, existe la tensión del primario.

Conexión De Scott: Transformaciones De 3 A 2 Fases O De 2 A 3 Fases.

Cualquier sistema polifásico se puede transformar, empleando

combinaciones o transformaciones adecuadas, a otro sistema polifásico.

Dado un suministro trifásico, es posible obtener cualquier sistema polifásico,

desde con dos fase con 24 fases o más.

Tipos de transformadores trifásicos que se pueden conectar en paralelo.

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El diagrama fasorial que muestra los voltajes de fase que se induce en los

secundarios de los transformadores T-T, sugiere que hay una relación de

cuadratura entre los dos factores.

Al igual que la conexión T-T, se necesita dos transformadores con salidas

especiales. El transformador principal que se muestra en la figura siguiente.

Tiene el primario con una salida al centro, o bien dos devanados iguales

conectados en series. Los secundarios de ambos transformadores tienen iguales

voltajes nominales y pueden tener salidas centrales, solo para cuatro fases, como

se muestra en la figura siguiente.

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La conexión Scott T es una manera de obtener dos fases separadas 90º a partir

de un suministro de potencia trifásica .En los comienzos de la transmisión de

potencia de CA los sistemas de potencia bifásicos y trifásicos eran muy comunes.

Puesto que por aquellas épocas era necesariamente rutinario conectar sistemas

de potencia bifásicos con sistemas de potencia trifásicos .Con este propósito

apareció la denominada conexión Scott T.

Hoy en día la potencia bifásica está limitada a aplicaciones de control, pero

aún se usa la conexión Scott para producir la potencia necesaria para

operarla.

La conexión Scott consta de dos

transformadores monofásicos con idéntica

capacidad .Uno tiene una toma en su

devanado primario a 86.5% de su voltaje a

plena carga .Están conectados como se

indica:

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La toma del 86.5% del transformador está conectada a la toma central del

transformador T1. Los voltajes aplicados al devanado primario se muestran

así:

Y los voltajes resultantes aplicados a los primarios de

los dos transformadores se muestran en la siguiente

figura.

Debido a que estos voltajes se encuentran desfasados 90º , ocasionan un salida

bifásica :

Esta conexión también permite convertir

bifásica en trifásica , pero debido a que

hay muy pocos generadores en uso , no

se hace comúnmente

Conexión T trifásica

La conexión Scott-T utiliza dos

transformadores para convertir

potencia trifásica en potencia

bifásica con un nivel diferente de

voltaje. Mediante un sencilla

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modificación de esta conexión, los mismos dos transformadores pueden convertir

potencia trifásica en potencia trifásica con otro nivel de voltaje .A continuación se

muestra :

En este caso, tanto el devanado primario como el secundario del transformador

T2 , TIENE UNA TOMA Al 86.66% y las tomas están conectados a las tomas

centrales de los devanados correspondientes del transformador T1 .En esta

conexión a T1 se le llama transformador principal y a T2 transformador de

conexión en t

Al igual que en la Scott T, el voltaje de entrada trifásico produce dos voltajes

desfasados por 90º en los devanados primarios de los transformadores .Estos

voltajes primarios producen voltajes secundarios que también están desplazados

en 90º. A diferencia de la Scott T los voltajes secundarios se vuelven a combinar

en una salida trifásica.

Una de las mayores ventajas de la conexión T trifásica sobre las otras

conexiones trifásicas de dos transformadores (la delta abierta y la ye delta

abierta) es que se pueden conectar un neutro tanto al lado primario como al lado

secundario del banco de transformadores.

Esta conexión se utiliza en la distribución trifásicos autónomos, puestos que sus

costos de producción son menores que los de un banco de distribución trifásicos

completos.

Debido a que las partes más bajas de los devanados del transformador de

conexión en T no se usan ni en lado primario ni en lado secundario. Se pueden

quitar sin alterar los resultados de salida.

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Conexión DELTA ABIERTA

Esta puede considerarse como una conexión de emergencia en transformadores

trifásicos, ya que si en un transformador se quema o sufre una avería cualquiera

de sus fases, se puede seguir alimentando carga trifásica operando el

transformador a dos fases, sólo que su capacidad disminuye a un 58.8%

aproximadamente.

Los transformadores trifásicos en V - V se emplean en sistemas de baja

capacidad y usualmente operan como autotransformadores.

En ciertas ocasiones no puede utilizarse un banco de transformadores completo

para realizar una transformación trifásica .Por ejemplo supóngase que un banco

de transformadores que consta de transformadores separados tiene una fase

dañada que se debe retirar para su reparación como se ve a continuación:

Este es el mismo voltaje que estaría

presente si el tercer transformador

siguiera ahí. A la fase C a veces de le

denomina fase fantasma.

Transformador Trifásico Hexafásico.

El funcionamiento de estos transformadores ofrece menos dificultades, y en caso

de no necesitarse un conductor neutro para el sistema hexafásico, puede hacerse

con cualquier transformador trifásico cuyos devanados secundarios estén en

conexión abierta.

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Como aplicación principal de estos sistemas mencionaremos el servicio de

conmutatriz con neutro, para la corriente continua, así como el servicio de

rectificadores; en ambos casos fluye corriente continua hacia el punto neutro del

sistema hexafásico, pero con la diferencia de que en la conmutatriz se trata de

corriente continua, la cual se reparte en cada momento uniformemente entre seis

fases, mientras que un rectificador la carga se entrega cíclicamente por la

diferencia de fases.

Por esta razón el transformador para una conmutatriz puede construirse sin

inconveniente con conexión primaria.

En estrella, puesto que para compensar los Amperajes-vueltas de corriente

continua de la conmutatriz no se necesita sino disponer alternadamente las

mitades del devanado secundario de cada columna. Si, como es costumbre,

el lado secundario se equipa con bornes para el arranque asincrónico de la

conmutatriz, el punto neutro se dispone de tal modo que pueda aislarse a

fin de poder limitar a tres el número de bornes para el arranque.

IV. Conclusión.

Como hemos visto el uso de los transformadores, está al alcance de cada

persona, y está en nuestra vida diaria, pues de ellos obtenemos el subministro de

energía con el que desarrollamos diferentes labores, tanto para nuestra diversión

como para desarrollar trabajos.

Para toda máquina eléctrica el consumo de energía, es vital ya que sin ella no se

desarrolla el servicio que se requiere, por ello los transformadores realizan la

función de proveer la energía eléctrica, y variar el flujo según las necesidades

que tengamos o los aparatos que la necesiten.

Para poder manejar y manipular las maquinas eléctricas como es el caso de los

transformadores, es necesario el entendimiento de las mismas, desde su

construcción, funcionamiento, conexiones, y la implementación con otras

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máquinas y usos.

V. Bibliografía.

1. Enrique Ras Transformadores de potencia, de medida y de protección 7ª.

Edición Marcombo Boixareu Editores.

2. Enriquez Harper El ABC de las maquinas eléctricas 1 transformadores

Limusa Noriega Editores.

3. Circuitos magnéticos y transformadores Editorial Reverte.

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