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TRANSFORMADORES
Se denomina transformador o
trafo
(abreviatura)
a
una
máquina eléctrica estática que
permite aumentar o disminuir la
tensión en un circuito eléctrico
de
corriente
alterna,
manteniendo la frecuencia.
GENERALIDADES
El transformador son un conjunto de bobinas (mínimo dos)
acopladas por un campo magnético que fluye en un núcleo
(acero con pequeños porcentajes de silicio).
Se utilizan para
1. Cambiar los valores de voltaje y corriente entre un circuito y otro.
2. Aislar eléctricamente un circuito de otro
3. Adaptar impedancias entre la salida de un circuito y la entrada de
otro.
CONSTRUCCIÓN DEL NUCLEO
Los devanados primarios y
secundarios se pueden enrollar
en lados opuestos del núcleo.
Esta configuración recibe el
nombre de core.
Otra
forma
enrollar
los
devanados
es
en
forma
concéntrica. El secundario se
enrolla encima del primario. Esta
configuración recibe el nombre
de shell.
En ambos casos las
secciones se van alternando
para reducir posibles airgap
(hueco de aire) producidos
en la juntura.
Además las laminas
contienen un 3% de silicón
la cual reduce las perdidas
por histéresis.
NUCLEOS STEPPED
Con el objetivo de reducir el
cobre utilizado en los devanados
algunos
núcleos
contienen
secciones transversales que
aunque rectas se asemejan a un
círculo.
PRINCIPIOS DEL TRANSFORMADOR
Cuando aplicamos una fuente Vp al
devanado primario y dejamos el
secundario abierto, se producirá un
flujo en el núcleo. Este flujo es
sinusoidal igual al voltaje pero se
encuentra atrasado 90 grados con
respecto a este.
Este flujo producido recorre el núcleo
y hace que este corte las espiras del
secundario produciendo así un voltaje
en fase con el voltaje del
RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
Relación de
transformación de
Voltajes
Np
Ns
a
Relación de
transformación de
Corrientes
Ep
Np
Es
Ns
a
Is
Ip
TIPOS DE TRANSFORMADOR
SEGÚN FUNCIONALIDAD
Transformadores de potencia
Transformadores de comunicaciones
Transformadores de medida
Monofásicos
Trifásicos
POR LOS SISTEMAS DE TENSIONES
Trifásicos-hexafásicos
Trifásicos-dodecafásicos
Trifásicos-monofásicos
SEGÚN TENSIÓN SECUNDARIO
Elevadores
Reductores
SEGÚN MEDIO
Interior
Intemperie
SEGÚN ELEMENTO REFRIGERANTE En seco
En baño de aceite
Con pyraleno
SEGÚN REFRIGERACIÓN
Natural
Forzada
AUTOTRANSFORMADOR
Es un transformador con una sola
bobina y una derivación en su
devanado.
Su construcción es mas simple y
se utiliza para aumentar o
disminuir levemente el voltaje. La
ventaja principal es que las
perdidas de potencia son mucho
menores que en un simple
transformador.
La desventaja es que el primario y
el secundario no están aislado lo
que
representa
un
peligro
potencial.
TAPS: Que son y para que sirven los taps.
•
Los taps son derivaciones que poseen los transformadores trifásicos, los
cuales hacen que se tenga la posibilidad de poder cambiar la tensión a la
salida del transformador, ya que cuando el transformador tenga que
alimentar a una carga que pase los limites el transformador no podrá
abastecer con la misma tensión ya que esta sobrepasando su tensión, por
lo que este tap o conmutador puede ser cambiado para elevar la tensión.
Que son y para que sirven los taps.
•
•
•
•
•
•
•
De serie, los transformadores vienen con taps de tensión –5%,
-2.5%, 0, +2.5%, +5%.
El diagrama de conexión de los taps para los transformadores
con una o dos tensiones primarias se indica en las placas de
características.
Es importante desplazar las placas de las 3 columnas de M.T.
en su totalidad.
Pérdidas en un transformador.
En un transformador se pueden identificar las siguientes pérdidas:
Perdidas por corrientes de Foucault
Perdidas por histeresis
Perdidas en el cobre del bobinado.
Las perdidas por corrientes de Foucault y por histeresis son llamadas
pérdidas en el hierro.
Perdidas
Pérdidas en el cobre: Perdidas por calentamiento en los devanados
primario y secundario. (I2R)
Pérdidas por corrientes parasitas: Pérdidas por calentamiento resistivo
en el núcleo del transformador .
Pérdidas por histeresis: Relacionado con el reordenamiento de los
dominios magnéticos en cada ciclo.
Flujos disperso: Flujos que escapan del nucleo. Producen una
autoinducción que se opone y se modela como inductancias.
Corriente de magnetización en un
transformador (84)
En vacio por el primario fluye una corriente. Esta corriente es la
requerida para producir flujo en un núcleo ferromagnetico real. Esta
corriente tiene dos componentes:
a) La corriente de magnetizacion: requerida para producir el flujo en
el nucleo del transformador.
b)
La corriente de perdidas en el núcleo, requerida por el fenómeno
de histéresis y por las corrientes parásitas.
Histéresis
Corrientes de Foucault
Corriente de magnetización en un transformador (84)
Corriente de magnetización en un transformador (84)
Prueba para hallar la curva de saturación en un
transformador
Se grafica E1 en el eje X y E2 en el eje Y.
Esto nos permite ver los efectos de la saturación del nucleo.
Pruebas para hallar el modelo
Prueba de circuito abierto: Se alimenta a voltaje nominal y se mide
voltaje, corriente y potencia.
Prueba de corto circuito: Se alimenta a voltaje reducido hasta que el
secundario alcance la corriente nominal y se mide voltaje, corriente
y potencia.
Pérdidas en vacio.
Cuando un transformador esta en vacio, la potencia que medimos en
un transformador con el circuito abierto se compone de la pérdida en el
circuito magnético y se desprecian las pérdida en el cobre de los
bobinados.
Pérdidas en carga.
Las pérdidas con carga son aquellas que se producen debido a una
carga específica conectada a un transformador. Las pérdidas con carga
incluye las pérdidas I2R en los bobinados y elementos de
protección, si los hubiere, debido a la corriente de carga y, las
pérdidas parásitas debido a las corrientes de Eddy inducidas por el flujo
de dispersión en los bobinados, en el núcleo, en los protectores
magnéticos, en las paredes del tanque y otras partes
conductivas. Las pérdidas por dispersión también pueden ser causadas
por corrientes circulantes en bobinados conectados en paralelo o
traslapados.
Pérdidas en carga.
La NTC 818 y 819 establece valores de pérdidas en carga para
diferentes transformadores.
De la NTC 818:
Pérdidas en carga.
La NTC 818 y 819 establece valores de pérdidas en carga para
diferentes transformadores.
De la NTC 818:
Pérdidas en carga.
De la NTC 819:
Pérdidas en carga.
De la NTC 819:
Pérdidas en carga.
De la NTC 819:
Impedancia de cortocircuito
Se mide impedancia en cortocircuito y se saca la relación que existe
con el valor nominal. Este valor se obtiene en porcentaje y se
convierte en la tensión de cortocircuito en porcentaje.
Prueba de tensión aplicada
Prueba de tensión inducida
Prueba de impulso
Prueba de impulso
Prueba de calentamiento
Prueba de aislamiento
Eficiencia
Si las perdidas consideradas son:
La eficiencia es:
AUTOTRANSFORMADOR
Es un transformador con una sola
bobina y una derivación en su
devanado.
Su construcción es mas simple y
se utiliza para aumentar o
disminuir levemente el voltaje. La
ventaja principal es que las
perdidas de potencia son mucho
menores que en un simple
transformador.
La desventaja es que el primario y
el secundario no están aislado lo
que
representa
un
peligro
potencial.
AUTOTRANSFORMADOR
AUTOTRANSFORMADOR
AUTOTRANSFORMADOR
Transformadores Trifásicos (124)
Banco de transformadores
La utilización de tres transformadores monofásicos para
lograr este objetivo es laboriosa y su uso está ligado a las
subestaciones.
Cuando se emplea de esta forma, la instalación se conoce
como un Banco de tres Transformadores.
Banco de transformadores
Banco de transformadores
Transformadores Trifásicos (124)
Secuencia de Fases ABC
VA
VAB
VA
C
O
N
T
E
N
I
D
O
VAB
VCA
120°
120°
120°
VB
VC
VC
VB
VBC
VBA
VA
VBA
VAC
VC
VBC
VCA
VCB
VB
VAC
VCB
Secuencia de Fases ACB
VA
VBA
VA
C
O
N
T
E
N
I
D
O
VAC
VBA
120°
120°
120°
VC
VB
VB
VC
VCB
VCA
VA
VCA
VAB
VB
VAC
VCB
VBC
VC
VAB
VBC
Transformadores Trifásicos (124)
TIPOS DE CONEXIONES
Existen dos configuraciones principales de conexión para la energía
trifásica: Delta o Triangulo (Δ) y Estrella o ye (Y)
Delta Δ e Y son letras griegas que representan la forma como los
conductores en los transformadores están configurados. En una conexión
Δ, los tres conductores están conectados extremo a extremo en un
triángulo o en una forma delta. En el caso de una conexión Y, todos los
conductores radian desde el centro, lo que significa que están conectados
en un punto común.
Tanto el devanado primario como el devanado secundario
pueden tener cualquiera de estas configuraciones. Las cuatro
configuraciones de conexión posibles son las siguientes:
DEVANADO
PRIMARIO
DEVANADO
SECUNDARIO
Δ
Δ
Y
Y
Δ
Y
Δ
Y
DIAGRAMAS ESQUEMATICOS
DIAGRAMAS ESQUEMATICOS
DESIGNACIÓN DE BORNES DEL
TRANSFORMADOR
IEC: International Electrotechnical
Comisión
DIN, normas Alemanas
generales, dentro de las cuales
las normas VDE se
dedican a los equipos eléctricos
(Verband Deutscher
Elektrotechnoker)|
CONEXIONES
CONEXIONES
CONEXIONES
CONEXIONES
Nomenclatura de Transformadores Trifásicos
Mmi
M: Conexión de devanados de alta tensión
D: delta
i:
Y: estrella
m: Conexión de devanados de baja tensión
d: delta
y: estrella
z: zig-zag
Índice de desfase de las tensiones de alta y baja. i = f /30º
f: ángulo de atraso de tensión de fase inducida en el lado de baja tensión respecto a la tensión
de fase inducida en el lado de alta tensión.
Ejemplos:
Si
f
= 150º 
i
= 150º/30° = 5
Si
i
= 11 
f
= 11x30º = 330º
VA
VA
VA: tensión de fase
inducida en el lado
de alta tensión
Va: tensión de fase
inducida en el lado
de baja tensión
VA: tensión de fase
inducida en el lado
Va
de alta tensión
150º
Va
Yd1: Devanado de Alta Tensión conectado en Estrella
Devanado de Baja Tensión conectado en Delta
Desfase entre las tensiones de fase de Alta y Baja de 30°
Yz11: Devanado de Alta Tensión conectado en Estrella
Devanado de Baja Tensión conectado en Zig-Zag
Desfase entre la tensiones de fase de Alta y Baja de 330°
Va: tensión de fase
inducida en el lado
de baja tensión
330º
Dy7: Devanado de Alta Tensión conectado en Delta
Devanado de Baja Tensión conectado en Estrella
Desfase entre las tensiones de fase de Alta y Baja de 210°
Dz6: Devanado de Alta Tensión conectado en Delta
Devanado de Baja Tensión conectado en Zig-Zag
Desfase entre las tensiones de fase de Alta y Baja de 180°
C
O
N
T
E
N
I
D
O
Representación de devanados
A
a
X
B
x
b
X
A
a
x
Y
B
b
y
Z
C
c
z
Diagrama ICONTEC
C
Y
y
c
Z
z
Símil de transformadores
monofásicos
El símbolo
A
B
C
a
b
c
X
Y
Z
x
y
z
Símil de devanados trifásicos
indica la polaridad relativa de las tensiones en los devanados.
(aunque en el diagrama ICONTEC no se muestra, se entiende en la posición ilustrada)
Las letras mayúsculas identifican los devanados de alta tensión.
C
O
N
T
E
N
I
D
O
Representación de devanados
A
X
B
a
X
A
a
x’ a’
x
x’
a’
Y
B
b
y’ b’
y
Z
C
c
z’ c’
z
x
b
Diagrama ICONTEC para devanados en Zig-Zag
y’
b’
Y
C
y
c
z’
c’
Z
z
Símil de transformadores
Monofásicos para conjunto
de devanados en
Zig-Zag
Los transformadores para conexión en zig-zag
cuentan con dos devanados por fase del lado
de baja tensión.
C
O
N
T
E
N
I
D
O
Otras Observaciones
• El desfase de alta y baja se calcula sobre la misma
fase (p. ej. VA , Va).
• En los transformadores monofásicos, las tensiones de
alta y baja están en fase o desfasados 180°
• Cuando están conectados en estrella, los devanados
llevan la tensión de fase.
• Cuando están conectados en delta, los devanados
llevan la tensión de línea.
C
O
N
T
E
N
I
D
O
TIPS PARA LAS DIFERENTES CONEXIONES
DEL TRANSFORMADOR
Todos los transformadores Yd o Yz tienen un índice horario impar.
Todas las conexiones que se tienen en el semicírculo inferior
(4,5,6,7 etc), los terminales NO MARCADOS (terminales primados)
serán los bornes del secundario.
En las conexiones Y adoptar como sentido positivo de un
arrollamiento el de las fuerzas electromotrices que actúan hacia el
terminal exterior.
Representar las tensiones por arrollamiento es decir tensión de
fase.
Representar las tensiones por arrollamientos simples secundarios
recordando que, tienen el mismo sentido y el mismo desfase que el
arrollamiento primario montado sobre la misma pierna.
ANALISIS CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA (Dy)
Como existen dos formas posibles de cerrar el triangulo primario y
otras dos formas de situar el punto neutro de la estrella secundaria,
resultan cuatro posibilidades de montaje:
•
•
•
•
Desfase de 30°
(Dy1)
Desfase de 150° (Dy5)
Desfase de -30° (Dy11)
Desfase de -150° (Dy7)
La relación de transformación de todos los Dy es:
ANALISIS CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA (Dy)
En el caso de cargas desequilibradas no provoca la circulación de
flujos magnéticos por el aire, ya que el desequilibrio se compensa
magnéticamente en las tres columnas. Como se puede disponer de
neutro en el secundario, es posible aplicar este sistema de conexión
a transformadores de distribución para alimentación de redes de
media y baja tensión con cuatro conductores.
ANALISIS CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA (Dy)
Este sistema de
conexión es el mas
utilizado en los
trafos
elevadores
de principio de línea
(subestaciones
generadoras).
También es el mas
utilizado
en
transformadores de
distribución (Dy5 y
Dy11).
ANALISIS CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA (Yd)
Como existen dos formas posibles de cerrar el triangulo secundario
y otras dos formas de situar el punto neutro de la estrella primaria,
resultan cuatro posibilidades de montaje:
•
•
•
•
Desfase de 30°
(Yd1)
Desfase de 150° (Yd5)
Desfase de -30° (Yd11)
Desfase de -150° (Yd7)
La relación de transformación de todos los Yd es:
ANALISIS CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA (Yy)
Desventaja:
Si existe una carga desequilibrada la cuba se
calienta y se tienen tensiones diferentes en la
tensión de fase del secundario (Mayores),
problema gravísimo en un circuito de
distribución.
Este problema se puede solucionar realizando
el montaje de un devanado terciario que se
encuentre conectado en delta y cerrado en
cortocircuito sobre sí mismo.
La relación de transformación de todos los Yy
es:
Procedimiento para determinar las conexiones en un
transformador Yd1 con secuencia de fases ABC
i = 1:
VA
30º
ángulo entre tensiones de fase de alta y baja
Va
d: Conexión devanados de baja en delta.
La tensión indicada en el devanado de baja es de línea.
a
Hay que identificar una tensión de línea del lado de baja que esté en fase
con VA y que sea generada por la tensión Va desfasada 30º, teniendo en
cuenta la secuencia de fases especificada (ABC).
VA
B
Vba
B
C
a
Va
b
c
A
VA
Vba
Vc
C
C
O
N
T
E
N
I
D
O
Y: Conexión devanados de alta en estrella.
La tensión del diagrama de conexiones es la tensión de fase VA
del diagrama fasorial.
A
VA
f = 1x30º = 30º
Vb
A
a
B
b
C
c
Conexión Final para el Transformador Yd1
b
c
Procedimiento para determinar las conexiones en un
transformador Dy5 con secuencia de fases ABC
VA
i = 5:
ángulo entre tensiones de fase de alta y baja
f = 5x30º = 150º
C
O
N
T
E
N
I
D
O
D: Conexión devanados de alta en delta.
La tensión del diagrama de conexiones es una tensión de
línea entre cualquiera dos fases y A.
150º
y: Conexión devanados de baja en estrella.
La tensión indicada en el devanado de baja es una tensión de fase
(que puede ser Va o -Va)
Va
Se busca la tensión de línea del lado de alta que esté en fase con la tensión
de fase Va teniendo en cuenta la secuencia de fases especificada (ABC).
A
A
VBA
B
C
VA
(-Va)
a
B
(-Va)
Va
VAB
x
VBA
y
z
b
C
Va
VC
c
VB
A
x
B
y
C
z
Conexión Final para el Transformador Dy5