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Transformadores

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Transformadores

  1. 1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA I.C.E Zacatenco Ensayo de TransformadoresProfesora: DE LA TORRE Y GARCIA RAULFecha de realización: Fecha de entrega:Lunes 9 De ABRIL Del 2013 Lunes 18 de ABRIL del 2013Grupo: 5CM3Equipo:BOLETA NOMBRE DE LOS INTEGRANTES FIRMA2011301411 JUAN Hernández Carlón _________________2011302438 Santiago Alexis Rocha Gómez _________________ 1
  2. 2. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO INDICE1. Introducción------------------------------------------2. Partes del Transformador-------------------------------- a) Núcleo--------------------------------------------- b) Devanados------------------------------------------ c) Sistemas de refrigeración-------------------------------- d) Aisladores Pasantes y otros elementos---------------------- e) Placa característica del Transformador----------------------3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR-------- a) TRANSFORMADOR IDEAL. b) TRANSFORMADOR REAL. c) TRANSFORMADOR FUNCIONANDO VACIO d) TRANSFORMADOR FUNCIONANDO CARGA4. Tipos de Transformadores---------------------------------5. Circuito Equivalente de un Transformador---------------------6. Perdidas en el Transformadores------------------------------7. Aplicaciones de Transformadores-----------------------------8. CONCLUCIONES------------------------------------------ 2
  3. 3. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO 1. INTRODUCIONLa Electrotecnia debe introducir al alumno o alumna en la comprensión de los fe-nómenos eléctricos y electromagnéticos así como en sus aplicaciones, tomando comopunto de partida la integración de conocimientos e instrumentos adquiridos en materiascomo Física y química, Tecnología y Matemáticas. De acuerdo con los objetivos yfinalidades de las materias de modalidad la Electrotecnia proporcionará una formaciónde carácter específico, y en consonancia con su papel integrador utilizará unametodología basada en los modelos explicativos y en el método científico, propios de laFísica, y el empleo de métodos de análisis, cálculo y representación gráfica propios delas Matemáticas. Se pretende, en definitiva, dar una formación científico-prácticaproporcionando al alumnado aprendizajes relevantes que le capaciten para acometerestudios posteriores y le doten de un cierto grado de polivalencia que permita suadaptación a los continuos cambios tecnológicos.Este viene constituido en sí de que trata el:Transformadores. Constitución. Funcionamiento. Tipos. Conexionado. Características ymagnitudes: potencias e intensidades. Pérdidas. Rendimiento. - Manejo y análisis decatálogos, placas de características y documentación téc-nica de las distintas máquinaseléctricas, donde se identifiquen sus principales características y esquemas deconexionado, arranque y regulación, diferenciando los elementos de protección,maniobra, control y regulación. 2. PARTES DEL TRANSFORMADOREl transformador consta de 4 partes principales a) NúcleoSe denomina núcleo al sistema que forma su circuito magnético que está constituidopor chapas de acero al silicio actualmente laminadas en frio que son sometidos a untratamiento químico especial denominado carline que las recubre de una capa aislantemuy delgada lo que reduce las perdidas en el hierro.Los circuitos magnéticos están compuestos por las columnas que son parte donde semontas las culatas y devanados que son las que realizan la unión entre las columnas.Los espacios entre las columnas y las culatas por la cual pasan los devanados se llamanventanas del núcleo según sea su posición se conoces como acorazados o devanadoscomo se muestra en la siguiente figura. 3
  4. 4. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO b) DevanadosConstituyen el circuito eléctrico del transformador se realizan por medio deconductores de cobre en forma de hilos redondos o de sección rectangular cuandorequieren secciones mayores estos conductores están recubiertos por una capa aislanteque suele ser de barniz en los pequeños transformadores y que en el caso de pletinasentra formado por una o varias capas de fibras de algodón o cinta de papelSegún la posición relativa los devanados pueden ser concéntricos o alternados.  Devanados Concéntricos: los bobinados tienen forma de cilindro coaxiales generalmente se coloca más cerca de la columna en el arrollamiento de B.T ya que es más fácil de aislar que el devanado de A.T entre ambos bobinados se intercala aislante de cartón o papel baquelizado  Devanados Alternados: los Arrollamientos se subdividen en secciones de tal forma que las partes de los devanados de A.T o B.T se suceden alternativamente a lo largo de la columna, para disminuir el flujo de dispersión , es frecuente que en cada extremo se coloque media bobina que por razones obvias de aislamiento pertenecen al arrollamiento de B.T se debe señalar que las sobretensiones de alta frecuencia y particularmente las de frente escarpado ponen a prueba simultáneamente el aislamiento entre espiras y entre bobinasOtro procedimiento constructivo para mejorar el comportamiento de un transformadorfrente a las sobretensiones es colocar un apantallamiento electroestático rodeado en eldevanado de alta tensión y unido a la línea con ello se consigue crear una distribuciónuniforme de la tensión atmosférica sobre todas las espiras esto da lugares a lostransformadores anti resonantes. 4
  5. 5. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO c) Aisladores pasantes y otros elementosLos bornes de los transformadores de media tensión se llevan al exterior mediante unosaisladores pasantes de porcelana o rellenos de aire o aceite, Cuando se utilizan altastensiones aparece un fuerte campo eléctrico entre el conductor terminal y el borde delorificio en la tapa superior de la cuba para evitar la perforación del aislador.Los pasa tapas de un transformador de diferencian por su altura, siendo más altocuando la tensión es mayorOtro elemento que llevan los transformadores de gran potencia es el llamado relé de gasque protege la máquina de sobrecargas peligrosas o fallas de aislamiento.Este relé se coloca en el tubo que une la cuba principal con el depósito de expansión yfunciona por el movimiento del vapor de aceite producido por el calentamientoanómalo del transformador que hace bascular un sistema de dos flotadores el primero essensible a las sobre cargas ligeras y el segundo a sobrecargas elevados que danformación a una tumultuosa de gas en la cuba principal 5
  6. 6. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO d) Placa características del transformadorLa placa característica del transformador es un cartulina metálica xerografiada queincluye los datos de potencia asignada tensiones y frecuencia su tabla característica esla siguiente 6
  7. 7. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO e) SISTEMAS DE REFRIGERACIONUna ventaja del aceite sobre el aire es su mayor capacidad de refrigeración, al estar encontacto con los enrollamientos y el núcleo, el calor generado en el interior de estos porefecto Joule de las corrientes y por histeresis y corrientes parasitas se transmite hacia elmedio refrigerante externo (aire o aceite) según la circulación del fluido se deba a ladiferencia de densidades o a la impulsión mecánica externa, se habla detransformadores con refrigeración natural o forzada, las normas clasifican a los sistemasde refrigeración según el fluido refrigerante primario ( en contacto con las partes activasdel transformador ) y secundario ( normalmente la atmosfera o exterior ) y la forma detransmisión de calor de uno a otro, se utiliza la letra O para denominar al aceitemineral, la A para el aire, la W para el agua. Así un transformador OFAN indica que elaceite circula por el interior de la cuba impulsado por una bomba de circulación y quecede su calor al aire que circula atreves de los radiadores exteriores por circulaciónnatural.El aceite mineral utilizado en transformadores sumergidos tiene en cambio variosinconvenientes, por una parte tiende con el tiempo a polimerizarse y oxidarse perdiendoasí sus cualidades dieléctricas, por otras pequeñas trazas de humedad que puedenproceder de la ruptura de cadenas poliméricas de celulosa de papel aislante, reducensensiblemente la resistencia de aislamiento. Estos transformadores se instalan, por tantocon un depósito conservador situado en la parte superior de la cuba, que además depermitir la expansión del aceite cuando aumenta su temperatura reduce la superficie queestá en contacto con el aire. El otro grave inconveniente del aceite natural es que esinflamable y requiere por tanto de las correspondientes medidas de extinción deincendios en la zona en que está instalado, lo cual puede representar un sobrecostoimportante. 3. Principio de un Funcionamiento de un transformado idealEl funcionamiento del transformador se basa en los fenómenos de inducciónelectromagnética (producción de f.e.m. por variación de flujo en un circuito estático opor corte de flujo en un circuito en movimiento). 7
  8. 8. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCOUn transformador elemental está formado por un núcleo de chapas magnéticas, al querodean los devanados primario y secundario. Al conectar el devanado primario a una redde c.a., se establece un flujo alterno en el circuito magnético que, a su vez, inducirá lasff.ee.mm. E1 y E2, en los dos devanados del transformador.EN VACÍO: Al aplicar una tensión alterna V1 en el primario (con secundario abierto),circula una corriente alterna i0 por él y establece el flujo alterno que concatena a N1 yN2, induciendo una f.e.m. E2 en el secundario, que por estar en vacío, E2 V20. En elprimario, se auto induce la f.c.e.m. (-E1) (fuerza contra electromotriz), que se opone a latensión aplicada V1El phi 0 debido a la menor reluctancia que le presenta el hierro en comparación al aire,sigue en su mayoría, el circuito ferromagnético. Las líneas de campo que se cierran através del aire (espacios entre el núcleo y las bobinas) y que no aportan al flujo principal 0, constituyen el flujo disperso ( d). La corriente i0 está compuesta por una corrientealterna magnetizaste (im), en fase con el flujo principal que produce y una corriente encuadratura, por perdidas magnéticas en el hierro (im, histéresis y Foucault): I0 = im +imEN CARGA: Al cerrar el secundario a través de una carga Z, circulará la corriente i2generando en el arrollamiento secundario un flujo 2 , oponiéndose a la causa que loproduce o sea, al flujo principal c , por lo que tenderá a disminuirlo y por consiguientea –E1 . Esta disminución de la f.e.m. primaria origina un aumento en la corrienteprimaria a i1 = i0 + i21, donde la i21 es la corriente i2 referida o reflejada en elprimario. En relación a los flujos, el primario reacciona a esta disminución con un flujo( 21) de igual magnitud que 2 pero que se adiciona al flujo principal ( c); entoncesel flujo principal o flujo concatenarte ( c) se mantiene igual tanto en carga como envacío 8
  9. 9. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO A. Transformador IdealPara analizar un transformador, vamos a iniciar su estudio suponiendo que el mismo esideal, por lo que debe presentar las siguientes características:  En las bobinas primaria y secundaria se considera la resistencia despreciable.  Todo el flujo magnético que se establece en el núcleo es común a ambos devanados, al suponer nulo el flujo disperso.  El núcleo no tiene reluctancia.  El núcleo no tiene perdidas por corrientes parasitas ni por histéresis. B. TRANSFORMADOR REALEn el transformador real han de tenerse en cuenta: - El flujo no es común a lo largo delcircuito magnético, debido a la existencia de flujos disperso, tanto en el primario comoen el secundario. - La resistencia óhmica de los devanados no es despreciable, por loque habrá de tenerse en cuenta. - El núcleo del transformador está formado por unapilado de chapas magnéticas, que motivarán unas pérdidas en el hierro. Flujodisperso: En el transformador ideal se suponía la existencia de un solo flujo a lo largodel circuito magnético; sin embargo, existe un flujo disperso en el primario y otro en elsecundario debidos a las corrientes primarias y secundarias, respectivamente. En la Fig.,se representan los flujos dispersos y el flujo medio común a ambos arrollamientos,cumpliéndose que:El flujo disperso es variable y da lugar a una f.e.m. inducida, que vendrá dadaPor la expresión: 9
  10. 10. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCODado que el flujo disperso se cierra a través de un circuito de reluctancia prácticamenteconstante (aire, conductores, aislantes), se materializa el efecto del flujo de dispersiónpor el de una bobina ficticia de coeficiente de autoinducción Ld, de valor:El flujo disperso da lugar a que haya de considerarse la presencia de unas bobinasficticias (en serie con el primario y con el secundario), que darán lugar a las reactanciasde dispersión Xd1 y Xd2, siempre que circule corriente por los devanados deltransformador. Resistencia óhmica de los devanados: En la mayoría de los casos seemplea el cobre electrolítico, aunque en algunos países se emplea el aluminio. Losconductores de los devanados de los transformadores suelen ser de sección circular parapequeñas intensidades, y en forma de pletina rectangular para intensidades máselevadas. Estos conductores dan lugar a una resistencia óhmica pura, que puedeconsiderarse conectada en serie con el bobinado. Para simplificar el circuito eléctrico, sesupondrá que las resistencias de los devanados primario R1 y secundario R2 estánsituadas fuera del trasformador.Las resistencias R1 y R2 producirán caídas de tensión cuando circulen corrientes por losdevanados del transformador, y pérdidas por efecto Joule (R · I²) que se transformaránen calor. Pérdidas en el hierro: Al someter el núcleo de chapas magnéticas a un flujoalterno, se producen los fenómenos de histéresis y de corrientes parásitas de Foucalt, las 10
  11. 11. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCOcuales, a su vez, originan una pérdida de potencia, que habrá de sumarse a las pérdidasJoule para dar las pérdidas principales de un transformador. C. TRANSFORMADOR EN EL VACIOEl comportamiento del transformador en vacío puede verificarse por mediodel ensayo en vacío. En su realización, se conecta el primario a su tensión yfrecuencia nominales, mientras el secundario permanece en circuitoabierto; también puede hacerse el ensayo alimentando el secundario ydejando en circuito abierto el primario.Los principales datos a determinar en el ensayo son:  Las pérdidas en el hierro PFe.  La corriente de vacío Io.  La relación de transformación m.  Determinación de las pérdidas en el hierro:Al conectar el devanado primario a su tensión nominal, el circuito magnético estásometido a inducción normal, dando lugar a las pérdidas por corrientes parásitas y porhistéresis. Para reducir la pérdida de energía, y la consiguiente pérdida de potencia, esnecesario que los núcleos que están bajo un flujo variable no sean macizos; deberánestar construidos con chapas magnéticas de espesores mínimos, apiladas y aisladas entresí. La corriente eléctrica, al no poder circular de unas chapas a otras, tiene que hacerloindependientemente en cada una de ellas, con lo que se induce menos corriente ydisminuye la potencia perdida por corrientes de Foucault.  Determinación de la corriente de vacío y sus componentes:La corriente Io viene dada por la lectura del amperímetro A1 conectado en serie con eldevanado sometido a la tensión de red. Las componentes activa y reactiva puedendeducirse a partir de las lecturas del vatímetro, voltímetro y amperímetro: 11
  12. 12. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCOLas componentes activas y reactivas, también, pueden determinarse con la ayuda de unfasímetro y de la corriente de vacío.  Determinación de la relación de transformación m en vacío:La relación de transformación viene dada por la expresión:En el ensayo de vacío, al estar abierto el circuito de carga, I2 es nula, por lo que secumple:Lo anterior justifica que la relación de transformación puede medirse en vacío comocociente entre lecturas de voltímetros del primario y secundario. D. TRANSFORMADOR EN CARGAEl funcionamiento normal de un transformador corresponde al de plena carga o unafracción de ésta, con la consiguiente variación de sus características con respecto al casoespecial de vacío.A diferencia del transformador ideal en carga, en el real han de tenerse en cuenta lasresistencias de los devanados, los flujos dispersos y la corriente de vacío. 12
  13. 13. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO 13
  14. 14. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCOUna vez cerrado el circuito secundario a través de una carga de impedancia Z, circularáuna corriente I2, al existir una tensión entre sus bornes, que dará lugar a los amperiosvueltas n2 · I2. Aplicando la ley de Hopkinson al circuito magnético general de untransformador, se cumplirá:A su vez, el flujo magnético permanece prácticamente constante para cualquierrégimen de carga, incluido el de vacío, ya que está producido por una corriente Im devalor constante. 14
  15. 15. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO 4. Tipos de Transformadores A. TRANSFORMADOR DE POTENCIA: Se utilizan para substransmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes usuarios.Características Generales: Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 kV. Y frecuencias de 50 y 60 Hz. 15
  16. 16. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCOB. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION: Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kV y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales. Descripción: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Características Generales: Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kV y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se proveen en frecuencias de 50-60 Hz. La variación de tensión, se realiza mediante un conmutador exterior de accionamiento sin carga.C. Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi 16
  17. 17. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO Descripción: Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Características Generales: Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA,tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.D. Transformadores Herméticos de Llenado Integral Descripción: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Características Generales: Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kV, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz. 17
  18. 18. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCOE. Transformadores Rústicos Descripción: Están diseñados para instalación mono poste en redes de electrificación suburbanas monofila res, bifilares y trefilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.F. Transformadores Subterráneos  Aplicaciones Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza.  Características Potencia: 150 a 2000KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 216,5/125;220/127;380/220;400/231VG. Transformadores Auto Protegidos  Aplicaciones El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque. 18
  19. 19. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO  Características Potencia: 45 a 150KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tension: 380/220 o 220/127V H. AUTOTRANSFORMADORES Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos sistemas de transmisión de tensiones diferentes, frecuentemente con un devanado terciario en triángulo. De manera parecida, los autotransformadores son adecuados como transformadores elevadores de centrales cuando se desea alimentar dos sistemas de transporte diferentes. En este caso el devanado terciario en triángulo es un devanado de plena capacidad conectado al generador y los dos sistemas de transporte se conectan al devanado, autotransformador. El autotransformador no sólo presenta menores pérdidas que el transformador normal, sino que su menor tamaño y peso permiten el transporte de potencias superiores. I. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TT/PPEs un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y unsecundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo essuministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida coninstrumentos incorporados. Además, puesto que el objetivo principal es el muestreo devoltaje deberá ser particularmente preciso como para no distorsionar los valoresverdaderos. Se pueden conseguir transformadores de potencial de varios niveles deprecisión, dependiendo de qué tan precisas deban ser sus lecturas, para cada aplicaciónespecial. 19
  20. 20. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO J. Transformadores de corriente constanteUn transformador de corriente constante es un transformador que automáticamentemantiene una corriente aproximadamente constante en su circuito secundario, bajocondiciones variables de impedancia de carga, cuando su primario se alimenta de unafuente de tensión aproximadamente constante. El tipo más usual, la disposición de«bobina móvil», tiene separadas las bobinas del primario y secundario, que tienenlibertad para moverse entre sí, variando por tanto la reactancia de dispersión magnéticadel transformador.Existen disponibles tipos para subestación que proporcionan unos modelos compactosintegrales, que llevan incluidas los accesorios necesarios para el control y protección deltransformador. Los accesorios normales comprenden un interruptor a solenoideprimario, una protección. Contra apertura del circuito, fusibles o cortacircuitos confusibles en el primario y descargadores de sobretensiones en el primario y en elsecundario.Los transformadores de corriente constante de tipo estático no tienen partes móviles yfuncionan según el principio de una red resonante. Esta red normalmente consta de dosreactancias inductivas y dos capacitivas, cada una de igual reactancia para la frecuenciade alimentación. Con tal red, la corriente secundaria es independiente de la impedanciade la carga conectada, pero es directamente proporcional a la tensión del primario. K. Transformadores para hornosLos transformadores para hornos suministran potencia a hornos eléctricos de los tiposde inducción, resistencia, arco abierto y arco sumergido. Las tensiones secundarias sonbajas, ocasionalmente menores de 100 V, pero generalmente de varios centenares deVolts. La gama de tamaños varía desde algunos kV a más de 50 MVA, con corrientesen el secundario superiores a 60 000 A. Las corrientes elevadas se obtienen conectandoen paralelo muchas secciones de devanado. La corriente es recogida por barras internasy llevada a través de la tapa del transformador mediante barras o mediante bornes degran corriente. 20
  21. 21. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO L. Transformadores de puesta a tierraUn transformador de puesta a tierra es un transformador ideado principalmente con lafinalidad de proporcionar un punto neutro a efectos de puesta a tierra. Puede ser unaunidad de dos devanados con el devanado secundario conectado en triángulo y eldevanado primario conectado en estrella que proporciona el neutro a efectos de puesta atierra o puede ser un autotransformador trifásico de un solo devanado con devanados enestrella interconectada, o sea en zigzag. M. Transformadores móvilesTransformadores móviles y subestaciones móviles. Los transformadores oautotransformadores móviles están montados normalmente sobre semirremolques yllevan incorporados pararrayos y seccionadores separadores. Una subestación móviltiene, además, a paramenta y equipo de medida y de protección. La unidad se desplazapor carretera arrastrada por tractores. Los reglamentos estatales y federales sobretransporte por carretera limitan el peso y tamaño máximos. Las unidades móviles seusan para restablecer el servicio eléctrico en emergencias, para permitir elmantenimiento sin interrupción de servicio, para proporcionar servicio durante lasconstrucciones importantes y para reducir las inversiones en el sistema.La unidad móvil está proyectada de manera que constituye una unidad compacta deaplicación múltiple que proporciona la máxima potencia en kV, para el peso admisible. N. Transformadores para rectificadoresLos transformadores para rectificadores suministran energía a los rectificadores a latensión de entrada de c.a. requerida para la tensión de salida de c.c. deseada. Estánconstruidos en tamaños que llegan hasta los 15 000 kV y a veces superiores. La tensióndel secundario generalmente es baja, variando desde menos de 50 V, para algunosprocesos electrolíticos, hasta 1000 V para otras aplicaciones. La corriente secundariageneralmente es elevada y puede alcanzar muchos miles de amperes.Pueden usarse conexiones de transformador que producen desfases para conseguir 12fases, 24 o incluso más, a fin de reducir los armónicos de la corriente en la entrada dec.a. Pueden usarse transformadores auxiliares o conexiones entre los devanados de fasede los propios transformadores del rectificador. Cuando se usan dos devanadossecundarios (como en el circuito en doble estrella) debe haber la misma impedanciaentre el primario y cada devanado del secundario, para obtener ángulos de conmutacióny tensiones de c.c. iguales en los dos circuitos del secundario. 21
  22. 22. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO6.-Circuito Equivalente del TransformadorEl desarrollo de los circuitos equivalentes de las maquinas eléctricas no es unainvención moderna está ligada a la evolución de la ingeniería eléctricaPara realizar en el caso del trasformador el cto equivalente se inicia reduciendo ambosdevanados al mismo número de espiras esto nos dice que el mismo número de espiraspara que este sea equivalente se deben conservar las condiciones energéticas de lamaquina quedando de la siguiente manera el circuito equivalente del trasformador realreducido al primario 22
  23. 23. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO6.-Perdidas en el TransformadorLas pérdidas del transformador dependen de muchas características como la del materialde la chapa, forma del núcleo, bobinas etc.Un transformador presenta la siguiente perdidas  Perdidas de Corriente de Foucalt  Perdidas por Histeresis  Perdidas de material del bobinado  Pérdidas en el cobre: Los fabricantes de transformadores suelen proporcionar el dato de la potencia activa que tiene el transformador cuando se realiza el ensayo de cortocircuito. En el ensayo de cortocircuito se conecta el transformador a tensión nominal, cortocircuitando el secundario. Se mide en este ensayo la potencia consumida en el transformador en estas condiciones Pcc. A esta potencia se le denomina pérdidas en el cobre a máxima potencia, porque es la consumida por los arrollamientos cuando circula la intensidad nominal.  Pérdidas en el hierro: Estas pérdidas dependen del flujo magnético y como ya se vio, el flujo solo varía con la tensión y ésta suele ser constante. Quiere esto decir que las pérdidas en el hierro son constantes ya sea en vacío o en carga 23
  24. 24. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO nominal. La corriente en vacío suele obtenerse del ensayo de vacío, en el que se cuantifica la potencia absorbida y la tensión aplicada. El transformador se conecta sin ninguna carga en el secundario (en vacío).7.-APLICACIONES DEL TRANFORMADORLa aplicación más importante de los transformadores la encontramos en la fase detransporte de energía eléctrica a larga y media distancia.Debido a que los conductores reales tienen una cierta resistencia al paso de la corrienteeléctrica, y el transporte desde las centrales eléctricas hasta los lugares de consumopuede ser de cientos de kilómetros, se tiene que contemplar la perdida de potencia quese produce en este transporte. La forma de minimizar esta pérdida es efectuando eltransporte a elevadas tensiones y con bajas intensidades. Por lo tanto, se utilizan equiposde transformadores para elevar la tensión a valores adecuados para el transporte.Por lo contrario, los equipos conectados a la red no pueden operar a tensiones altas.Cerca de los lugares de consumo se debe volver a realizar otra transformación detensiones, con el fin de corresponder la tensión a los valores de consumo.8.-CONCLUCIONESLos transformadores son aparatos que se utilizan en las redes eléctricas como elementosque nos ayudan a convertir un sistema de tensiones dado, ya sea monofásico o trifásicoen otro sistema de la misma frecuencia pero con diferente valor eficaz, si anticipamosque esta conversión se efectúa con rendimientos muy próximos a la unidad (es decir, sinapena perdidas de energía). Las potencias de entrada y salida serán prácticamente lasmismas, lo cual quiere decir que para una determinada potencia transformada lasintensidades en los sistemas de alta y baja tensión son inversamente proporcionales alas tensiones asignadas en cada lado.La utilización de un transformador para elevar la tensión de salida de un generadordesde 20 KV hasta 400KV implica que la intensidad en las líneas de transporte (altatensión) será 20 veces menor o , si se quiere para una misma densidad de corriente enlas líneas, la sección del conductor podrá también reducirse 20 veces con elconsiguiente ahorro de cables y soportes, debido a su menor peso.Dado que las tensiones de transporte de cientos de kilovoltios son excesivas para unautilización directa de la energía eléctrica, es preciso, al final de la línea, reducir latensión hasta valores que sean prácticos para su utilización, típicamente 4.2 o 6.25 kVpara usos industriales, o 230/400 V para usos domésticos. De esta función se encargantambién los transformadores. 24

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