Transformadores - unican.es

1 Transformadores Miguel Angel Rodr guez Pozueta Doctor Ingeniero Industrial UNIVERSIDAD DE CANTABRIA DEPARTAMENTO DE INGENIER A EL CTRICA Y ENERG TICA Transformadores 1. Descripci n de un transformador. 2. Valores asignados o nominales. 3. Circuito equivalente de un transformador monof sico. 4. Circuito equivalente aproximado. Tensiones relativas de cortocircuito. 5. Falta o fallo de cortocircuito. 6. Intensidades y tensiones en un transformador en carga. 7. Balance de potencias y rendimiento.

2 8. Corriente de vac o de un transformador monof sico. 9. Autotransformadores. 10. Transformadores de medida y de protecci n. 11. Bibliograf a. 12. AP NDICE: Ensayos de Transformadores monof sicos. 2012, Miguel Angel Rodr guez Pozueta Universidad de Cantabria (Espa a) Departamento de Ingenier a El ctrica y Energ tica Est permitida la reproducci n total o parcial de este documento con la condici n inexcusable de citar su procedencia y su car cter gratuito. Este documento puede descargarse gratuitamente desde esta Web: -I- NDICE Transformadores Descripci n de un 1 Valores asignados o 6 Circuito equivalente de un transformador monof 6 Separaci n de los efectos de las resistencias y de los flujos de dispersi n.

3 Convenios de signos .. 7 Marcha industrial .. 9 Marcha en vac 9 Ecuaci n del circuito magn 11 Reducci n al 11 Circuito equivalente .. 13 Circuito equivalente aproximado. Tensiones relativas de 14 Circuito equivalente 14 Tensiones relativas de 15 Falta o fallo de 16 Intensidades y tensiones en un transformador en 18 Relaci n entre las corrientes I1 e I2 en un transformador en 18 Ca da de tensi 18 Balance de potencias.

4 20 Balance de 20 Rendimiento de un 22 Consecuencias pr 23 Transformadores trif sicos con cargas 24 Designaci n de 32 ndice 33 Transformadores conectados en 39 Condiciones para que varios Transformadores se puedan conectar en 39 Ecuaci n fundamental para Transformadores en paralelo .. 40 Potencia m xima 43 Autotransformadores .. 46 Transformadores de medida y de protecci 47 Bibliograf a .. 50 Problemas de 51 Soluciones a los problemas propuestos de 54 ANEXO A: Ensayos de Transformadores monof sicos.

5 55 Ensayo de vac o .. 55 Ensayo de 57 ANEXO B: Tri ngulo de Kapp. Ca da de tensi 61 ANEXO C: Corriente de vac o de un transformador monof 63 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA DEPARTAMENTO DE INGENIER A EL CTRICA Y ENERG TICA Pozueta -1- Transformadores Miguel Angel Rodr guez Pozueta DESCRIPCI N DE UN TRANSFORMADOR Los Transformadores son m quinas est ticas con dos devanados1 de corriente alterna arrollados sobre un n cleo magn tico (Fig. 1). El devanado por donde entra energ a al transformador se denomina primario y el devanado por donde sale energ a hacia las cargas2 que son alimentadas por el transformador se denomina secundario.

6 El devanado primario tiene N1 espiras y el secundario tiene N2 espiras. El circuito magn tico de esta m quina lo constituye un n cleo magn tico sin entrehierros, el cual no est realizado con hierro macizo sino con chapas de acero al silicio apiladas y aisladas entre s (v anse las Figs. 2, 3 y 4). De esta manera se reducen las p rdidas magn ticas del transformador. Fig. 1: Principio de funcionamiento de un transformador monof sico Al conectar una tensi n alterna V1 al primario, circula una corriente por l que genera un flujo alterno en el n cleo magn tico. Este flujo magn tico, en virtud de la Ley de Faraday, induce en el secundario una fuerza electromotriz ( ) E2 que da lugar a una tensi n V2 en bornes de este devanado.

7 De esta manera se consigue transformar una tensi n alterna de valor eficaz V1 en otra de valor eficaz V2 y de la misma frecuencia. N tese que esta m quina s lo vale para transformar tensiones alternas, pero no sirve para tensiones continuas. El devanado de alta tensi n ( ) es el de mayor tensi n y el devanado de baja tensi n ( ) es el de menor tensi n. Un transformador elevador tiene el lado de baja tensi n en el primario y el de en el secundario. Un transformador reductor tiene el lado de alta tensi n en el primario y el de en el secundario. El transformador es una m quina reversible. Un mismo transformador puede alimentarse por el lado y funcionar como transformador reductor o alimentarse por el lado de y actuar como un transformador elevador.

8 En las Figs. 2 se muestran dos Transformadores monof sicos. El transformador de la Fig. 2a es un transformador monof sico de columnas. En este transformador el n cleo magn tico tiene forma rectangular y consta de dos columnas (donde se arrollan los devanados) y dos yugos o culatas, todos de igual secci n. Aunque para facilitar el an lisis te rico del 1 Los t rminos devanado, bobinado y arrollamiento son sin nimos y en este texto se utilizar n indistintamente. 2 Se denomina carga a un elemento que consume potencia. Tambi n se denomina carga de un transformador a la potencia que suministra. En consecuencia, se dice que un transformador est en carga cuando est proporcionando una potencia no nula por su devanado secundario.

9 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA DEPARTAMENTO DE INGENIER A EL CTRICA Y ENERG TICA Pozueta -2-transformador se suele dibujar con un devanando arrollado sobre una columna y el otro sobre la otra columna (Fig. 1), la realidad es que en un transformador de columnas se bobina primero el devanado de menor tensi n (devanado de ) repartido entre las dos columnas (mitad en una columna y mitad en la otra), se coloca una capa de material aislante sobre este primer devanado y se bobina ahora el devanado de mayor tensi n (el devanado de ) sobre el anterior y tambi n repartido mitad en una columna y mitad en la otra. De esta manera se reducen los flujos de dispersi n (debidos a las l neas de campo magn tico generadas por un devanado y que no llegan al otro).

10 En la Fig. 2b se muestra un transformador monof sico acorazado, el cual tiene un n cleo magn tico de tres columnas, teniendo la columna central doble secci n que las otras columnas y que los yugos. Los dos devanados se bobinan sobre la columna central, uno sobre el otro y con una capa aislante intermedia. Al estar los devanados m s rodeados del hierro del n cleo magn tico, se consigue en los Transformadores acorazados que los flujos de dispersi n sean menores que en los de columnas. Fig. 2: Transformadores monof sicos: a) De columnas; b) Acorazado Fig. 3: Transformadores trif sicos de tres columnas Los Transformadores trif sicos m s habituales suelen ser de tres columnas (Figs.