2. Introducción
Transformadores de dos devanados
Construcción de los transformadores
Principios de los transformadores
Transformadores bajo carga
Circuito equivalente de los transformadores
Determinación de los parámetros
Regulación de voltaje
Eficiencia
Auto transformadores
Transformadores de Instrumentación
Transformadores trifásicos
Contenido
3. Introducción
Conjunto de bobinas
acopladas por un campo
magnético que fluye en
un núcleo de hierro.
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.
4. Transformador de dos devanados
Un transformador tiene al
menos dos bobinas.
La bobina a la cual se
conecta la fuente se le llama
primario.
La bobina a la cual se
conecta la carga se le conoce
secundario.
El voltaje V1 conectado al
primario genera el flujo
magnético que circula en el
núcleo.
Este flujo magnético corta las
espiras del secundario y
genera un voltaje V2 en este.
5. Construcción de los tranformadores
Los devanados primarios y
secundarios se pueden enrollar en
lados opuestos del núcleo como la
figura de arriba. 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 y tiene la
ventaja sobre la primera que tiene
menos “leake flux” , que como se
verá mas adelante reduce la
inductancia en serie y por tanto
mejora la regulación de voltaje.
6. Construcción del núcleo laminado
Al igual que en los motores el núcleo
de los transformadores esta compuesto
de laminas de hierro pegadas un
material aislante para reducir la
corriente de eddy. El ancho aproximado
de estas placas se encuentra entre 10
y 25 milésimas de pulgada.
Además las laminas contienen un 3%
de silicón la cual reduce su histéresis.
Los laminas de los transformadores
tipos core estan compuesto de una
seccion u y una I.
Las láminas de los transfromadores
tipo shell estan compuestos por una
seccion tipo E y otro seccion tipo I.
En ambos casos las secciones se van
alternando para reducir posibles airgap
producidos en la juntura.
7. 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.
8. Principios del transformador
Cuando aplicamos una fuente Vp al
devanado del 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 requiere una
corriente Im de la fuente llamada
corriente de magnetización.
Además debido a las perdidas en el
núcleo (las cuales son proporcionales
al flujo) se requiere una corriente Ic que
esta en fase con Vp.
La corriente total del transformador sin
carga es Io la cual es una suma
vectorial de estas dos corrientes.
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 primario.
Debido a la salturacion del nucleo
y a sus dos componentes 90
grados fuera de fase la corriente
del primario sin carga toma una
forma como la figura de arriba
10. Relación de transformación (Corriente)
sspp
outin
IVIV
PP
Un transformador ideal sin
perdidas la potencia del primario y
la del secundario son iguales por lo
tanto
De aquí podemos sacar una
relacion para la corriente
p
s
s
p
I
I
a
N
N
11. Un transformador de 100KVA 2400/240V tiene 60 espiras en el
secundario. Encuentre:
a) Las corriente en el primario y en el secundario
b) El numero de espiras en el primario
c) El máximo flujo en el core
Ejemplo de relación de transformación
12. Tipo de transformadores según su
relación
Los transformadores donde A>1
el voltaje del primario es mayor
que el secundario consideran
reductores ( StepDown
transformer ).
Los transformadores donde A <1
el voltaje en el secundario es
mayor que el primario y se
considera elevadores (step-up
transformer)
Los transformadores donde el
voltaje primario es igual al
secundario a=1 y se utilizan solo
como aislamiento eléctrico entre
un circuito y el otro (Isolation
transformer).
La relación de transformación es
fija ya que depende del numero de
vuelta de ambos devanados pero
la relación entre los valores reales
de voltaje en el primario y
secundario podría variar debido a
las perdidas dentro de el.
Algunas veces el fabricante
proporciona esa relación real entre
voltajes.
13. Relación de las impedancia
LZa
I
V
a
aI
aV
I
V
Zin 2
2
22
2
2
1
1
/
Para una fuente que se
encuentre en el primario
sentirá una impedancia
ZL en el secundario
como si fuera de otro
valor Zin
Por eso el transformador
se considera una
adaptador de impedancia
y es utilizado en circuitos
de comunicación y
amplificadores para
garantizar la máxima
transferencia de energía.
14. Un transformador es utilizado para adaptar la alta impedancia de salida
1Kohm de un amplificador de audio a la impedancia de salida de los
altoparlante 8ohm. Si el primario tiene 640 espiras cuantas espiras tendrá el
secundario.
Ejemplo de adaptación de impedancia.
15. Transformador bajo carga
Cuando conectamos
carga en el secundario
fluye una corriente Is que
tiende a reducir el flujo en
el núcleo. Esto provoca
una corriente Ip’ en el
primario que tiende a
restaurar el flujo.
La corriente resultante en
el primario Ip es la suma
vectorial de Ip’ e Io.
16. Flujo no compartido (leakage)
El flujo del primario y en el
secundario, que no circula
en el núcleo se
representa por una
inductancia en serie con
cada uno de los
bobinados. Esta
inductancia como se verá
adelante afecta el valor y
fase de la corriente que
pasa a través de esta.
17. Circuito equivalente
Las inductancias en serie y la resistencia de
cada embobinados aparecen en serie con cada
embobinado. Las pérdidas en el núcleo y la
corriente de magnetización, se representan con
una resistencia y una bobina en paralelo.
18. Simplificación del diagrama equivalente
La resistencia del secundario y
del primario se pueden referir
al primario dividiendo por el a2
Luego se pueden sumar para
obtener un diagrama
simplificado del transformador.
Otra manera de hacerlo es
refiriendo los parámetros del
primario en el secundario como
lo muestra la grafica ( c ) en
ambas maneras se obtiene el
mismo resultados.
19. Un transformador de 20KVA 2400/240V 60Hz tiene las siguientes parámetros
Rp=0.8ohm, Xp=3.0ohm, Rs=0.0084, ohm Xs=0.028ohm calcule el diagrama
simplificado a) referido al primario y b) referido al secundario.
Ejemplo de diagrama simplificado
20. En el transformador del ejemplo anterior calcule la caída de voltaje
en cada uno de los elementos simplificados para cada uno de los
casos.
Ejemplo de caída de voltaje
21. Determinación de los parámetros (1
paralelos)
Prueba de circuito abierto.
Se coloca un vatímetro en el
primario y se aplica voltaje a
este con el secundario
desconectado.
La potencia consumida por el
vatímetro equivalen a las
perdidas en el núcleo.
Los voltios _ amperes
obtenidos con el voltímetro y el
amperímetro se utilizan para
encontrar la potencia reactiva
en el primario que se utiliza
para encontrar la inductancia
de magnetización.
22. Determinación de los parámetros (2
series )
Prueba de corto circuito.
Se cortocircuita el secundario y se
aplica voltaje en el primario hasta
que circule la corriente nominal en
el secundario.
La potencia indicada en el
vatímetro equivale a las perdidas
en la resistencias del embobinado.
r1 y r2
La potencia aparente que se
obtiene multiplicando la lectura del
amperímetro y del voltímetro se
utiliza para encontrar la
inductancia correspondiente al flujo
(leakage) a través de la potencia
reactiva. l1 y l2
23. Un transformador 20KVA 2400/240V 60Hz produce en la prueba de
cortocircuito Vsc=72V Isc=8.33A Psc=268W encuentre los
parámetros series equivalentes referidos al primario (XeH) (ReH)
Ejemplo parametros series
24. Regulación de voltaje
Es la relación entre
voltaje sin carga y el
voltaje con carga.
Este factor depende
de los parámetros
serie del
transformador.
ReH y XeH
load
loadnoload
V
VV
regulationVoltage
25. Calcule la regulación de voltaje del ejemplo
anterior.
Ejemplo de Regulación de voltaje
26. Eficiencia del transformador
La eficiencia es igual
a la relación entre la
potencia de entrada y
la potencia de salida.
losso
o
i
o
PP
P
P
P
wirecoreout
out
PPxPFKVA
xPFKVA
27. Un transformador 10KVA 2400/240V 60Hz tiene Psc=340
y Poc=168 determine la a) eficiencia a máxima carga. La
máxima eficiencia ambos cuando trabaja a un PF=0.8.
Ejemplo de eficiencia
28. Autotransformadores
Es un transformador con una sola bobina y una
derivación central. Su construcción es mas simple y se
utiliza para aumentar o disminuir levemente el voltaje. La
ventaja principal es que se puede obtener potencia del
orden mucho mayor (a+1) que con un simple
transformador. La desventaja es que el primario y el
secundario no están aislado lo que representa un peligro
potencial.
30. Un transformador 5KVa 2300/230 A esta conectado
como un auto-transformador reductor determine Vp,
Vs, aaut, Pc y Ptr.
Ejemplo de autotransformador
31. Ecuaciones autotransformador basadas en
parámetros del mismo autotransformador
auauauau
au
au
trtrcond
auau
tr
au
tr
PaPa
a
a
paP
Pa
a
P
P
1
1
1
1
au
au
au
tr
trtrcond
au
au
au
tr
au
tr
a
P
a
P
PaP
a
a
P
a
P
P
1
1
1
32. Para Un autotransformador de 100KVA y 4800/4550
calcule su Ptr y Pcond.
Ejemplo autotransformador
