CAPITULO 4: TRANSFORMADORES Carlos E J oo G.4. 1. QUESUN TRANSFORMADOR? Sedenomi natransformadoraundi sposi ti voel ctri coque permi teaumentarodi smi nui rl atensi nenunci rcui to el ctri co de corri enteal terna,manteni endol a potenci a. Esundispositivoquesirveparatransformarunvoltajede corrientealterna,el evndol oor educi ndol odeunnivela otro por una relacin fija, con la respectiva disminucin o el incrementodelacorriente,paramantenerlosnivelesde potenciaelctricaenelprocesodetransformacinde energa. Sebasaenlasl eyesdel el ect r omagnet i smo,soloqueen vez de movimiento fsico, en este caso el voltaje inducido se logra cambiando la cantidad de flujo magntico. 7:43:08 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)3 Al ser una mquina esttica, no tiene prdidas mecnicas y por lo tanto puede alcanzar un rendimiento del 98%. Tiene un uso muy extendido en los sistemas electricos de transmision y distribucion de energia electrica Cuando se requiere transportar energia electrica, desde los centros de generacion (Centrales electricas) a los centros de consumo, se eleva la tension (desde unos 15 kV hasta 132, 220 o 500 kV) y se efectua la transmision mediante lineas aereas o subterraneascon menor corriente, ya que la potencia en ambos lados del trasformador es practicamente igual, lo cual reduce las perdidas de transmision (R I2). En la etapa de distribucion se reduce la tension a los valores normales (380/220 V), mediante los transformadores adecuados. Circuito LCR en serie 7:43:08 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)4 4.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 4.2.FUNCIONAMIENTO TRANSFORMADOR IDEAL Bobi napri mar i ao" pri mari o"aaquel l a quer eci beel vol taj edeentr ada Bobi nasecundari ao" secundari o"a aquel l aqueentr egael vol t aj e tr ansfor mado. LaBobi napr i mar i ar eci beunvol t aj e al ter noquehar ci r cul ar, por el l a, una cor r i enteal ter na. Lasbobi naspr i mar i aysecundar i a ti enenr esi stenci acer o, por l otantono consumenpotenci aynohaypr di das de ener g a enl asbobi nas. Estacor r i entei nduci r unfl uj omagnti coenel ncl eodehi er r o. Comoelbobi nadosecundar i oestar r ol l adosobr eel mi smoncl eodehi er r o, el fl uj o magnti coci r cul ar atr avsdel asespi r asdeste. Al haber unfl uj omagnti coqueatr avi esal asespi r asdel "Secundar i o", se gener ar por el al ambr edel secundar i ounvol taj e. Enestebobi nadosecundar i ohabr aunacor r i entesi hayunacar gaconectada ( el secundar i oconectadopor ej empl oaunr esi stor )4.3.FUNCIONAMIENTO RELACION DE TRANSFORMACIN 4.3.FUNCIONAMIENTO RELACION DE TRANSFORMACIN Encondi ci onesdeci r cui toabi er to( si n car ga) , l acor r i entepor el secundar i o I 2escer opor l otanto, i gual andol as ecuaci onespor el tr mi nodefl uj o magnti coseti enel aexpr esi n:B=V1N1=V2N2 As podemosescr i bi r :12= 12= 21 Donde:V1 voltaje del primario V2 voltaje del secundarioN1 numero de vueltas de la bobina primaria N2 numero de vueltas de la bobina secundaria =

Si N2 > N1V2 > V1 por lo tanto el Transformador es Elevador Si N1 > N2V2 < V1 por lo tanto el Transformador es Reductor 4.3.FUNCIONAMIENTO RELACION DE TRANSFORMACIN (IDEAL) Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del nmero de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de l, se desprecian las prdidas por calor y otras), entonces: = . = Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente frmula. = = ( ) 7:43:28 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)9 Untransformadorreductorde220/125Vproporcionaenergaauna motobombade 2kW, 125V, cos=0,6. suponiendo la corriente de vaco y las prdidas despreciables, determinar la intensidad por el primario y por el secundario, as como la rrelacin de transformacin del mismo. cul es la potenciaaparente que suministra el transformador? 7:43:28 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)10 4.4.LABORATORIO-TRANSFORMADOR REAL Coef i ci ente de acopl ami ento k (Recordar 0 k 1). k0 Bobi nas dbi l menteacopl adas. k1 Bobi nas f uertemente acopl adas. Paratenerunbuentransformadorl asbobi nashandeestar fuertementeacopl adas. Enuntransformador,el ncleoti enedosmi si ones f undamental es:a) Desdeel puntodevi stael ctri coyestaessumi si n pri nci pal -esl av aporquedi scurreel fl ujomagnti co.A travsdel aspartesdel acul ataconduceel fl uj omagnti co si gui endo unci rcui to prescri to,de una col umna a otra. b) Desdeel puntodevi stamecni coesel soportedel os arrol l ami entos queenlseapoyan. 7:43:28 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)11 4.5.COEFICIENTE DE ACOPLAMIENTO 7:43:28 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)12 4.6.ASPECTOS CONSTRUCTIVOS Porl ogeneral l os transformadores monofsi coscomerci al es estanconstrui dostalcomoenl a fi gura.Deesta formaseconsi guequeelfl uj ocreadoporel pri meri oabracemej oral secundari o,reduci ndose consi derabl ementel os fl uj os dedi spersi n. El conductorqueseuti l i za paral asbobi nassuel eser decobreai sl adocon barni z. Partes : Ncleo Devanado Sistema de refrigeracin Aisladores de salida 7:43:29 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)13 4.6.ASPECTOS CONSTRUCTIVOS El ncl eodehi eroposeel aformade ventanayestconsti rui dopor numerosaschapasmagnti casde pequenoespesorapi l adasunassobre otrasyai sl antesentres medi anteun barni z. Estadi sposi ci nreduce consi derabl ementel asprdi dasque aparecenenel hi erroporefectode corri entesparsi tas. Untransformadoresesenci al mentedossol enoi desoi nduct anci as sobreunmi smoncl eo, porconsi gui enteexi sti rundesfaseentr el a tensi nyl acorri entequeatravi esaambosdevanados. Laspotenci asdeentradaysal i da(encarga)son:= cos() = cos() El rendi mi entodel transformador esi gual := / Tambi nexi stenprdi dasenel ncl eodebi dasal ascorri entes parsi tasyal ahi steresi s, yprdi dasenl osdevanadosdebi doal efecto Joul e. Todasestasprdi dassemani fi estanenformadecal or, y di smi nuyenel r endi mi entodel transformador, porconsi gui ente, elrendi mi entoreal tambi nsepuedeexpresarcomo:= /(+ + ) Losrendi mi entosreal esqueseobser vanenl ostransformadoresson al tos, (al notenerentr ehi erroscomol asmqui nasrotati vas, )ymej oran conel tamaodel transformador(entreun80%yun98%).7:43:29 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)14 4.7 POTENCIA REAL 4.8.TIPOS DE TRANSFORMADORES Segnsusapl i caci ones. Segnsu construcci n. ENTRE ESTOS ENCONTRAMOS Tr a n s f o r ma d o re l ev a d o r /r e d uc t o rd et e n s i n Tr a n s f o r ma d o r e se l ev a d o r e s Tr a n s f o r ma d o rd e a l i me n t a c i n Tr a n s f o r ma d o rt r i f s i c o Sonempleadosporempresastransportadoras elctricasen lassubestacionesde la red de transportede energaelctrica,conelfin de disminuirlasprdidasporefectoJoule.Debidoa la resistenciade losconductores,conviene transportarlaenergaelctricaa tensiones elevadas,loque originalanecesidadde reducir nuevamentedichastensionespara adaptarlasa las de utilizacin. Este tipode transformadoresnospermiten,como su nombrelodice elevarla tensinde salidacon respectoa latensinde entrada.Esto quieredecir quela relacinde transformacinde estos transformadoresesmenora uno. Puedenteneruna ovariasbobinassecundariasy proporcionanlastensionesnecesariasparael funcionamientodel equipo.A vecesincorpora un fusiblequecortasucircuitoprimariocuandoel transformadoralcanzaunatemperaturaexcesiva, evitandoqueste sequeme,conla emisinde humosy gasesque conllevael riesgode incendio. Estosfusiblesnosuelenserreemplazables,de modoquehay que sustituirtodoel transformador. Tienentres bobinadosen su primarioy tresen su secundario.Puedenadoptarformade estrella(Y) (con hilode neutroo no)o delta-tringulo-() y las combinacionesentre ellas:-, -Y, Y- y Y-Y.Hay quetener encuenta queancon relaciones1:1, al pasarde a Y o viceversa,lastensionesde fase varan. ENTRE ESTOS ENCONTRAMOS: Autotransformador Transformadorde ncleoenvolvente Transformadorde ncleode aire El primarioy elsecundariodel transformadorestn conectadosen serie,constituyendoun bobinado nico.Pesamenosy es msbarato queun transformadory porellose empleahabitualmente paraconvertir220V a125 Vy viceversay enotras aplicacionessimilares.Tieneelinconvenientede no proporcionaraislamientogalvnicoentreel primarioy elsecundario. El ncleoconsisteen unanillo,normalmentede compuestosartificialesde ferrita,sobreel quese bobinanel primarioy elsecundario.Sonms voluminosos,peroel flujomagnticoqueda confinadoenel ncleo,teniendoflujosde dispersinmuy reducidosy bajasprdidas porcorrientesde Foucault. En aplicacionesde altafrecuenciase emplean bobinadossobreun carretesinncleooconun pequeocilindrode ferritaquese introducemso menosenel carrete,paraajustarsu inductancia. 4.9.SISTEMA DE REFRIGERACIN Prdi das enelhi erro y enelcobre Esnecesari o di si par elcal or TRAFO SECO (ai re) TRAFOen BAO DE ACEITE Aislante Refrigerante Tiene aditivos SISTEMA DE REFRIGERACIN Depsito de Expansin Cuba principal llena de aceite (menor oxidacin) Absorbe las dilataciones del aceite. Lleva un filtro secante (humedad) SISTEMAS DE REFRIGERACIN Evol uci n: Aceite mineral Aceite sinttico Aceite de silicona Resinas epoxy < 200 kVA Slo aceite Ms de 200 kVA Radiadores externos MVAs Intercambiadores aceite-agua. AISLADORES PASANTES Y OTROS ELEMENTOS Pasatapas porcelana (rellenos de aire o aceite) A B Cn a bcTRANSFORMADOR DE POTENCIA Se uti l i zan para substransmi si ny transmi si n deenerg a el ctri ca enal ta y medi a tensi n.Son de apl i caci n en subestaci onestransformadoras, central esdegeneraci n y en grandesusuari os. TRANSFORMADOR DE POTENCIA Caractersticas Generales: Se construyenen potenci asnormal i zadas desde1.25hasta 20 MVA Tensi onesde 13.2,33,66 y 132 kV Frecuenci asde 50 y 60 Hz. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION Se denominatransformadoresde distribucin, generalmentelostransformadoresde potencias igualeso inferioresa 500kVA y de tensionesiguales o inferioresa67 000V, tantomonofsicoscomo trifsicos. Aunquelamayorade talesunidadesestn proyectadaspara montajesobrepostes,algunosde lostamaosde potenciasuperiores,porencimade lasclasesde 18 kV, se construyenparamontajeen estacionesoen plataformas.Lasaplicaciones tpicassonparaalimentara granjas,residencias, edificiosoalmacenespblicos,talleresy centros comerciales. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION Descripcin: Seuti l i zaneni ntemperi eoi nteri or paradi stri buci ndeenerg ael ctrica enmedi atensi n.Sondeapl i caci n enzonasurbanas, i ndustri as,mi ner a,expl otaci onespetrol eras,grandescentroscomerci al esytoda acti vi dadquerequi eral auti l i zacin i ntensi vade energ a el ctri ca. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION Caractersticas Generales: Potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA Tensiones primarias de 13.2,15,25,33 y 35kV.Se construyen en otras tensiones primarias segn especificaciones particulares del cliente.Se proveen en frecuencias de 5060Hz La variacin de tensin,se realiza mediante un conmutadorexterior de accionamiento sin carga. TRANSFORMADORES SECOS ENCAPSULADOS EN RESINA EPOXI Descri pci n: Seutilizaneninteriorpara distribucindeenergaelctricaen mediatensin, enlugaresdondelos espaciosreducidosylos requerimientosdeseguridadencaso deincendioimposibilitanla utilizacindetransformadores refrigeradosen aceite. Sondeaplicacinengrandes edificios,hospitales,industrias,minera, grandescentroscomerciales y toda actividadquerequieralautilizacin intensivade energaelctrica. TRANSFORMADORES SECOS ENCAPSULADOS EN RESINA EPOXI Caractersticas Generales: Son refrigerados en aire con aislacinclase F, utilizndoseresina epoxi como medio de proteccin de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalacin. Potencias normalizadasdesde 100 hasta 2500 kVATensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV Frecuencias de 50 y 60 Hz. TRANSFORMADORES HERMTICOS DE LLENADO INTEGRAL Descripcin: Seutilizanenintemperieo interiorparadistribucinde energaelctricaenmedia tensin,siendo muy tiles enlugaresdondelosespaci os son reducidos. Sondeaplicacinenzonas urbanas,industrias,minera, explotacionespetroleras, grandes centros comerciales ytodaactividadquerequi era lautilizacinintensivade energa elctrica. TRANSFORMADORES HERMTICOS DE LLENADO INTEGRAL Caractersticas Generales: Su pri nci palcaracter sti caesquealno l l evar tanquede expansi ndeacei teno necesi tamanteni mi ento,si endoesta construcci nms compacta quel a tradi ci onal . Sefabri can en potenci asnormal i zadas desde100 hasta1000 kVA, tensi ones pri mari as de 13.2,15,25, 33 y 35 kV y frecuenci asde50 y 60 Hz. TRANSFORMADORES RURALES Descripcin: Estndi seadospara i nstal aci nmonoposteen redesdeel ectri fi caci n suburbanasmonofi l ares,bi fi l aresytri fi l ares,de7.6,13.2 y 15 kV. Enredestri fi l aressepueden uti l i zartransformadores tri fsi cosocomoal ternati va 3 monofsi cos. TRANSFORMADORES RURALES TRANSFORMADORES SUBTERRNEOS Aplicaciones Transformador de construcci nadecuadapara ser i nstal ado encmaras, encual qui er ni vel , pudi endoser uti l i zado donde hayaposi bi l i dad de i nmersi n de cual qui er natural eza.TRANSFORMADORES SUBTERRNEOS Caractersticas Potenci a:150 a2000KVA Al ta Tensi n:15 o 24,2KV Baj a Tensi n:216,5/125; 220/127;380/220;400/231V TRANSFORMADORES AUTO PROTEGIDOS Aplicaciones Eltransformadorincorpora componentesparaproteccindelsistemadedistribucincontra sobrecargas,corto-circuitosenla redsecundariayfallasinternasen eltransformador,paraestoposeee fusiblesdealtatensinydisyuntor debajatensin,montados internamenteenel tanque, fusiblesdealtatensinydisyuntor debajatensin.Paraproteccin contrasobretensionesel transformadorestprovistode dispositivoparafijacinde pararrayos externos en el tanque. TRANSFORMADORES AUTO PROTEGIDOS Caractersticas Potenci a:45 a 150KVA Al ta Tensi n:15 o 24,2KV Baj a Tensi n:380/220 o 220/127V DATOS DE PLACA Lapl acacaracter sti casermetl i caei noxi dabl efi j adaal fondo del compar ti mi entodeconexi ones. Tendrl asi gui ente i nformaci nenespaol : - Nombredel fabri cante.- Nmerodeseri e.- Aodefabri caci n.- Nmerodefases.- Frecuenci a.- Capaci dad(KVA).- Vol taj enomi nal pri mari o(Vol ti os).- Vol taj enomi nal secundari o(Vol ti os).- Vol taj enomi nal encadaderi vaci n(Vol ti os).- Ni vel bsi codeai sl ami ento- BIL(KV) - Aumentopromedi odetemperaturaendevanados(C).-Temperaturaambi entepromedi odi ari a(40C).- Impedanci a(%) - Pesototal aproxi mado(Kg) - Di agramadeconexi n(Uni fi l ar) - Identi fi caci ndel l qui doai sl ante.- Li trosaproxi madosdel l qui doai sl ante.DATOS DE PLACA Fabricante : Rhona S.A.Aumento de Temperatura : 55CTensin primario : 69000 VTensin secundario: 13800 VDerivaciones Primario : 69000 10% en 18 pasosLquido Aislante : Aceite mobilent 35, 18950 litrosPeso Total : 50200 Kg.Potencia : 25000 KVAFases : 3Polaridad : yd-1Corriente Primario : 209 ACorriente Secundario : 1046 ANmero de Serie : 17890Frecuencia : 50HzI mpedancia : 10 % a 75 CConexin Primario: EstrellaConexin Secundario : Delta

7:43:29 a.m.Lic. Carlos J oo (Fisica Aplicada)46 FIN DEL TEMA