Download transformadores monofásicos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
Área Académica de Cursos Complementarios
TRANSFORMADORES
TRANSFORMADORES
MONOFASICOS
MONOFASICOS
Ing.
Ing. JORGE
JORGECOSCO
COSCOGRIMANEY
GRIMANEY
El transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto
nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la
acción de un campo magnético. Esta constituido por dos o más bobinas de
alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor
de un mismo núcleo de material ferromagnético.
El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de
entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o menor tensión
(baja tensión).
El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada
se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del
transformador se denominan lado de entrada y lado de salida.
El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del
núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran
permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.
En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:
1.Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía por
que discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el
flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra.
2.Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él
se apoyan
Para generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de hierro
hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma del
arrollamiento de entrada
El transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un
cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por
medio de la acción de un campo magnético.
Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si
eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo
núcleo de material ferromagnético.
El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento
de entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o
menor tensión (baja tensión).
El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión
transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia
con ello, los lados del transformador se denominan PRIMARIO Y
SECUNDARIO
El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del
núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran
permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.
En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:
Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía
por que discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata
conduce el flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna
a otra.
Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que
en él se apoyan
Para generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de
hierro hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma
del arrollamiento de entrada
ANALOGÍA
Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos.
Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción
o interferencia alguna entre los flujos respectivos.
Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único
núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los
arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases, constituyendo esto un
transformador trifásico como vemos a continuación.
Si la transformación se hace mediante un transformador trifásico, con un núcleo
común, podemos ver que la columna central (fig. A) está recorrida por un flujo F
que, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y
desfasados 120º. El flujo F será pues siempre nulo. En consecuencia, se puede
suprimir la columna central (fig. B). Como esta disposición (fig. b) hace difícil su
construcción, los transformadores se construyen con las tres columnas en un
mismo plano (fig. C). Esta disposición crea cierta asimetría en los flujos y por lo
tanto en las corrientes en vació. En carga la desigualdad de la corriente es
insignificante, y además se hace más pequeña aumentando la sección de las
culatas con relación al núcleo central.
En un transformador trifásico cada columna está formada por un
transformador monofásico, entonces toda la teoría explicada en la sección
de los transformadores monofásicos es válida para los trifásicos,
teniendo en cuenta que las magnitudes que allí aparecen hace referencia
ahora a los valores por fase.
Para relacionar las tensiones y las corrientes primarias con las secundarias,
no basta en los sistemas trifásicos con la relación de transformación, sino que
se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase
entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión. Una manera de establecer
estos desfases consiste en construir los diagramas fasoriales de tensiones y
corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta tensión (estrella, triángulo o
zig-zag), las polaridades de los enrollados en un mismo circuito magnético o
fase, y las designaciones de los bornes
Los tres arrollamientos, tanto del primario como del secundario, se pueden
conectar de diversas formas, siendo las siguientes algunas de las más
frecuentes:
Formas de Conexión
Conexiones en Estrella (Y)
Conexiones en Triángulo (D)
Conexiones en Zig-zag (Z)
La tensión Van tiene un valor de:
Todos los arrollamientos montados sobre una misma columna abrazan en
cada instante el mismo flujo común F y con el fin de precisar el sentido de las
f.e.m. suponemos que el sentido de arrollamiento de las bobinas primarias y
secundarias es el mismo.
Si designamos con la misma letra los terminales homólogos en cuanto a
polaridad instantánea de dos cualesquiera de estos arrollamientos montados
sobre la misma columna, los vectores representativos de las f.e.m.
respectivos se presentaran como se indica a continuación.
Dependiendo del tipo de conexión, las tensiones simples del primario y del
secundario pueden no estar en fase, cosa que siempre ocurre en los
transformadores monofásicos.
Para indicar el desfase existente entre las tensiones simples, se suele utilizar
el llamado índice horario (ángulo formado por la aguja grande y la pequeña de
un reloj cuando marca una hora exacta), expresado en múltiplos de 30º
(ángulo entre dos horas consecutivas, 360º/12=30º ).
El conocimiento del desfase (índice horario) es muy importante cuando se
han de conectar transformadores en paralelo, dado que entonces, todos los
transformadores deben tener el mismo índice horario, para evitar que puedan
producirse corrientes de circulación entre los transformadores cuando se
realice la conexión. A continuación veremos algunas de las formas más
frecuentes de conexión (el desfase se obtiene multiplicando el numero que
acompaña la denominación por 30, ejemplo: en Yy6 el desfase es
6*30=180º):
Conexión
Relación de transformación
VFP = Tensión fase primario; VFS = tensión fase secundario;
Tensión línea primario; VLS = tensión línea secundario
VLP =
VFP / VFS = m
VLP / VLS =
(Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = m
VFP / VFS = m
VLP / VLS =
(Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = m
VFP / VFS = m
VLP = VFP
VLS = VFS
VLP / VLS = VFP / VFS = m
VFP / VFS = m
VLP / VLS = (√3 VFP) / VFS
VLP / VLS = (√3 m)
VFP / VFS = m
VLP / VLS = VFP / (3 *
VFS)
VLP / VLS = m /3
El gráfico siguiente demuestra la justificación del índice horario para esta
conexión DY11
Tabla de índices horarios
En la figura siguiente vemos la curva del rendimiento de
un transformador con diferentes cargas y cos fi.