Universidad Autónoma de Santo Domingo

(UASD)

Facultad de Ingeniería y Arquitectura-.Departamento de Electromecánica.-

Sustentantes:

Carolina E. Quezada CH-8514Esmaylin Ramírez DC-5271

Asignatura:Electrotecnia General

(IEM-202)

Facilitador:Carlos Peralta R.

Sección:02

Tema:-.El Transformador.-

Fecha de entrega:29 de Marzo del 2010

Santo Domingo, Distrito Nacional, República Dominicana

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Introducción

El descubrimiento que sin duda más ha impactado el desarrollo de la tecnología humana ha sido el de como utilizar la energía eléctrica. Este tipo de energía es el más versátil pues es relativamente fácil transformarle a otro tipo de energía mediante diversos dispositivos.

Pero a través de los años han surgido ciertas limitantes en el uso de este importante tipo de energía. Entre estas limitantes está su medio de transporte para su aprovechamiento lejos de las centrales eléctricas donde fue obtenida. El problema radica en que, si no se tiene cuidado, una parte importante de la energía se disipará en forma de calor en los conductores mientras es transportada.

Una solución inteligente a este serio problema es el uso de una máquina eléctrica denominada transformador. Este interesante dispositivo es utilizado para transformar un sistema de corrientes alternas en uno o más sistemas de corrientes alternas de igual frecuencia y de intensidad y tensión generalmente diferentes, evitando de esta manera que la energía eléctrica se disipe mientras se transporta.

En las siguientes líneas se expondrá de forma breve el cómo funcionan estas interesantes máquinas. Se mencionaran los diversos componentes que le conforman, los ensayos previos para asegurar que funcione de forma adecuada además de la forma en que estos funcionan en un mundo ideal y en la vida real.

Para finalizar se detallará acerca del transformador que ha revolucionado la distribución energética: el transformador trifásico. De este se dará a conocer sus características y las

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diferentes formas de conectarse para lograr su óptimo desempeño.

Índice

Introducción.........................................................................1Índice...................................................................................21. Transformadores (Generalidades)........................3

1.1 Definición de Transformador...........................31.2 Importancia de los Transformadores................31.3 Partes de un transformador............................4

1.3.1 Núcleo.......................................................41.3.2 Devanados................................................7

1.4 Ensayos en Transformadores...........................81.5 Representación de Transformadores................9

2.- Breve Historia del Transformador.......................93.- Funcionamiento de un Transformador Ideal.......104.- Funcionamiento de un Transformador Real.......155.- Transformadores Trifásicos..............................17

5.1- Formas de conexión de los Transformadores Trifásicos...........................................................185.2- Combinación de Conexiones de Transformadores Trifásicos.................................19

5.2.1- Conexión Estrella – Estrella.....................195.2.2- Conexión Estrella – Delta.........................215.2.3- Conexión Delta – Estrella........................23

Conclusión.............................................................................................26Bibliografía.............................................................................................27

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1. Transformadores (Generalidades)

1.1 Definición de Transformador

Un transformador es una máquina eléctrica estática, destinada a funcionar con corriente alterna, constituida por dos arrollamientos primario y secundario. Su función es la de transformar un sistema de corrientes alternas en uno o más sistemas de corrientes alternas de igual frecuencia y de intensidad y tensión generalmente diferentes.

Los transformadores se identifican con una sigla que define el modo y el medio de refrigeración utilizado. Los transformadores pueden ser sumergidos en aceite mineral, sintético u otro líquido refrigerante, o ser de tipo seco. Los primeros son aquellos cuyas partes activas, estén o no aisladas y eventualmente impregnadas, están inmersas en aceite u otro líquido dieléctrico. El aislamiento se realiza con materiales pertenecientes a la clase A (105 °C).

Los de tipo seco son aquellos cuyas partes activas, estén o no aisladas y eventualmente impregnadas, están en contacto inmediato con un aislante gaseoso (generalmente aire) o bien sólido (generalmente resinas epóxicas o a base de siliconas). El aislamiento se realiza con materiales pertenecientes a la clase F (155 °C) o H (180 °C).

1.2 Importancia de los Transformadores

Los transformadores son sumamente importantes para la sociedad actual debido a que gracias a ellos ha sido posible el enorme desarrollo en la utilización de la energía eléctrica. Son estos los que hacen posible la realización práctica y económica del transporte de la energía a grandes distancias. Hay que tener en cuenta que la transmisión de la energía eléctrica desde los lugares donde se produce

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(Centrales Eléctricas) hasta los numerosos centros de consumo, es tanto más económica cuando más alta es la tensión de las líneas, pues con ello se hace menor la corriente y en consecuencia se reduce la sección de los conductores y la energía disipada en estos.

Sin embargo, las tensiones generadas en los alternadores de las Centrales Eléctricas, están limitadas por consideraciones tecnológicas, a valores que oscilan entre los 15 y 30 Kw, que son insuficientes para alcanzar tal objetivo; por otro lado, salvo casos sumamente raros, la corriente a alta tensión, no puede enviarse directamente a los aparatos de utilización, porque estos requieren normalmente tensiones bajas.

Los transformadores permiten de una forma idónea, conciliar estas necesidades opuestas, de tal forma que para reducir las perdidas en la línea, se realiza una primera transformación que eleva la tensión de salida a los alternadores a valores del orden 380- 400 Kw, a los cuales se realiza el transporte de energía; existiendo en los centros receptores otros transformadores que realizan el proceso inverso, reduciendo la tensión hasta los niveles que se consideran convenientes para la distribución y consumo de esta energía.

El arrollamiento de mayor tensión recibe el nombre de devanado de alta tensión (A.T.) y el de menor tensión se denomina devanado de baja tensión (B.T.). El proceso de transformación tiene un gran rendimiento al no disponer la máquina de órganos móviles, pudiéndose llegar en los grandes transformadores a valores del orden del 99.7%.

1.3 Partes de un transformador

El transformador consta de las siguientes partes principales: a) Núcleo, b) Devanado, c) Sistema de Refrigeración y d) Aisladores Pasantes de Salida.

1.3.1 Núcleo

Se denomina núcleo de un transformador al sistema que forma su circuito magnético. Esta constituido por chapas de

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acero de silicio, moderadamente laminadas en frío (grano orientado), que han sido sometidas a un tratamiento químico especial denominado comercialmente carlite que recubre de una capa muy delgada (0.01mm) las chapas, reduciendo de esta manera perdidas en el hierro.

El circuito magnético esta compuesto por las columnas que son las partes donde se montan los devanados y las culatas, que realizan la unión entre las columnas. Los espacios entre las columnas y las culatas, por los cuales pasan los devanados, se llaman ventanas del núcleo. Según sea la posición relativa entre el núcleo y los devanados, los transformadores se clasifican en acorazados (en los que los devanados están en su mayor parte abrazados o acorazados por el núcleo magnético) y de columnas (en los que son los devanados los que rodean casi por completo el núcleo magnético).

En el tipo acorazado las espiras quedan mas sujetas, pero el tipo de columnas es de construcción más sencilla y se adapta mejor a las altas tensiones, porque la superficie que ha de aislarse es más reducida. Por ello es el de columnas el que mas se utiliza generalmente en la practica (excepto en transformadores monofásicos de baja potencia y tensión).

Los circuitos magnéticos presentados corresponden a transformadores monofásicos, las secciones de las

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columnas y las culatas son iguales para hacer que la inducción se la misma en todo el circuito magnético; en el caso del acorazado, la columna central tiene doble superficie que las laterales que por ella circula doble flujo en comparación con estas últimas.

Cuando se trata de transformadores trifásicos, el circuito magnético consta de tres columnas idénticas tal como se muestra a continuación.

Las uniones de las columnas con las culatas se denominan juntas, y deben tener un espesor lo mas pequeño posible con objeto de reducir al máximo la reluctancia del circuito magnético. La culata superior se tiene que poder abrir para poder colocar las bobinas y los aislantes. Las uniones o

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juntas pueden realizarse a tope (o plana) o bien al solape (entrelazada).

En la construcción a tope las columnas y las culatas se montan separadamente y luego se unen con ayuda de piezas de sujeción (figura a). En la construcción al solape todo el núcleo magnético se construye de una vez, de tal forma que como indica la figura b). En este se van ensamblando las chapas con un desfase de posición entre capas sucesivas (pares e impares) igual a la anchura de las chapas de la culata, este montaje, aunque es más complicado que el anterior permite un aumento de la estabilidad mecánica del conjunto.

En cualquiera de los dos casos, existe una zona al lado de la junta, en la que el flujo no sigue la dirección de laminación, esto origina en el caso de chapas de grano orientado, un calentamiento local debido al aumento de perdidas en el hierro. Para evitar esto, las uniones bien sean a tope o al solape no se realizan a 90° como indica la figura b), sino a 45°

Otro aspecto característico de las de los núcleos lo muestran las secciones transversales de las columnas; en los transformadores pequeños se construyen de forma cuadrada, sin embargo en la mayoría de los casos, para obtener un mejor aprovechamiento del área interior de los devanados (de sección circular), la sección transversal de cada rama tiene forma de un polígono escalonado, con un

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número de escalones que es tanto mayor cuanto mas elevada sea la potencia del transformador, se dice que la sección es del tipo cruciforme.

1.3.2 Devanados

Constituyen el circuito del transformador. Son elaborados utilizando conductores de cobre, en forma de hilos redondos (para diámetros inferiores a 4mm), o de sección rectangular (pletinas de cobre) cuando se requieran secciones mayores. Los conductores están recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz en los pequeños transformadores y que en el caso de pletinas esta formada por una o varias capas de fibra de algodón o cinta de papel. Según sea la disposición relativa entre los arrollamientos de A.T. y B.T., los devanados pueden ser concéntricos o alternados.

En los devanados concéntricos, los bobinados tienen forma de cilindros coaxiales (figura a); generalmente se coloca mas cerca de la columna, el arrollamiento de B.T. ya que es mas fácil de aislar que el devanado de A.T., entre ambos bobinados se intercala un cilindro aislante de cartón o papel baquelizado. En los devanados alternos (figura b), los arrollamientos se subdividen en secciones o “galletas”, de tal forma que las partes de los devanados de A,T. y 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.

1.4 Ensayos en Transformadores

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Los transformadores deben pasar una serie de ensayos y pruebas para asegurar su óptimo funcionamiento y evitar así perdidas económicas y humanas debido a incendios y explosiones. Entre estas pruebas tenemos:

Ensayos normalizados.

Medidas de resistencia.

Ensayos de relación de transformación.

Ensayos de relación de fases; polaridad, desplazamiento angular y secuencia de fase.

Pérdidas en vacío y corrientes de excitación.

Pérdidas en carga y tensión de impedancia.

Ensayo dieléctrico con tensión aplicada.

Ensayo dieléctrico con tensión inducida. Ensayo de temperatura. (El ensayo se hace sólo sobre

una unidad y se omite si anteriormente se ha ensayado alguna otra unidad que sea esencialmente un duplicado térmico.)

Regulación y rendimiento.

Ensayos accesorios.

Luego de haber cumplido con estos y otros ensayos, los transformadores son validados para su funcionamiento y puestos a trabajar.

1.5 Representación de Transformadores

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Para representar un transformador se utilizan diferentes simbologías. Los principales símbolos para tales fines se presentan a continuación. El símbolo a) puede ser el mas utilizado, en este caso representa un transformador trifásico de 100 kVA, conexión delta-estrella, y relación 15000 V/380-220 V (el doble valor secundario indica que la estrella tiene neutro). Cuando el transformador es monofásico las líneas de entrada y salida van cruzadas por dos barras (en ves de las tres que se indican en a)). Los símbolos b) y c) representan un transformador monofásico de

10kVA, 50 Hz, relación 3000V/220V.

2.- Breve Historia del Transformador

La invención del transformador, data del año de 1884 para ser aplicado en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía

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eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de América.

En ese mismo año, la electricidad se transmitió a 2000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de estas pequeñas aplicaciones iniciales, la industria eléctrica en el mundo ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos formando parte importante en esta industria el transformador.

El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de un ruptor movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con mucho más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un chispómetro conectado a sus extremos.

También da origen a las antiguas bobinas de ignición del automóvil Ford T, que poseía una por cada bujía, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta.

3.- Funcionamiento de un Transformador Ideal

Consideremos el transformador monofásico de la figura siguiente, constituido por un núcleo magnético real de permeabilidad finita, que presenta unas pérdidas en el hierro PFe, y un arrollamiento primario y secundario con un número de espiras N1 y N2 respectivamente. Supondremos que el transformador se alimenta por el devanado de tensión mas elevada, es decir se considera que la maquina va a trabajar como un transformador reductor.

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Los convenio de signos adoptados para las corrientes y tensiones de la figura mostrada a continuación corresponden al sentido normal de transferencia de la energía, es decir: 1) el primario constituye un receptor respecto a la fuente de alimentación (la red), lo que significa que este devanado absorbe una corriente y una potencia y desarrolla una fmm. (fuerza contraelectromotriz), 2) el secundario se comporta como un generador respecto a la carga conectada en sus bornes, suministrando una corriente y una potencia, siendo a su vez el asiento de una fem inducida.

Para comprender mejor el funcionamiento del transformador sin que las imperfecciones reales que tiene la máquina enmascaren los fenómenos físicos que tienen lugar vamos a suponer que en un principio se cumplen con las condiciones ideales siguientes:

a) Los devanados primario y secundario tienen resistencias óhmicas despreciables, lo que significa que no hay pérdidas por efecto Joule y no existen caídas de tensiones resistivas en el transformador. En el sistema real estas resistencias son de pequeño valor pero no nulas.

b) No existen flujos de dispersión, lo que significa que todo el flujo magnético esta confinado al núcleo y enlaza ambos devanados primario y secundario. En el transformado real existen pequeñas partes del flujo que solamente atraviesan a cada uno de los arrollamientos y que son los flujos de dispersión que completan su circuito a través del aire.

Al aplicar tensión alterna V1 al primario, circulará por el una corriente alterna, que producirá a su vez un flujo alterno en el núcleo cuyo sentido vendrá determinado por la Ley de Ampere aplicada a este arrollamiento. En la figura anterior

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se mostraron los sentidos positivos de la corriente y el flujo para el instante definido por la polaridad de la tensión aplicada. Debido a la variación periódica de este flujo se crearán fems inducidas en los arrollamientos, que de acuerdo con la Ley de Faraday responderán a las ecuaciones:

е1= N1 dФ/dt; е2= N2 dФ/dt

Estas fems tienen las polaridades señaladas en la figura mostrada para que estén de acuerdo con la ley de Lenz, de oposición al cambio de flujo. Realmente e1 representa una fem porque se opone a la tensión aplicada V1 y limita de hecho la corriente del primario. La polaridad asignada a e2

tiene en cuenta que al cerrar el interruptor S del secundario se tenderá a producir una corriente i2 en el sentido mostrado, de tal modo que al circular por el devanado secundario daría lugar (aplicar la Ley de Ampere a este arrollamiento) a una acción antagonista sobre el flujo primario como así lo requiere la Ley de Lenz. De ahí la no inclusión del signo menos en las expresiones anteriores porque ya se ha tenido en cuenta al señalar las polaridades de las fems en la figura.

Se observa además que los terminales superiores de los devanados primario y secundario tienen en el instante indicado, una polaridad positiva respecto de los otros. Para destacar este hecho, en la teoría de circuitos con acoplamientos magnéticos, se suelen señalar con un punto aquellos terminales de las bobinas que tienen simultáneamente la misma polaridad instantánea. De ahí la justificación de haber dibujado un punto en los terminales superiores de los devanados del transformador.

Una vez designados los sentidos de las fems y de las corrientes en le transformador, interesa conocer las relaciones existentes entre las tensiones, los flujos y las fems.

Comoquiera que los devanados sean ideales, la aplicación de la 2da ley de Kirchhoff a los circuitos primario y secundario da:

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V1=е1= N1 dФ/dt; V2= е2= N2 dФ/dt

Si se parte de un flujo senoidal de la forma Ф = Фm sent = Фm cos(t - 90°)

Teniendo en cuenta lo anterior se cumplirá

V1 = е1 = N1 Фmcost ; V2 = е2= N2 Фmcost

Lo que indica que las fem y las tensiones van adelantadas 90° respecto al flujo, siendo sus valores eficaces

V1=е1= N1 Ф m= 4.44fN1Ф1; V2 = е2= N2 Ф m= 4.44fN2Ф2 2 2

Dividiendo entre si las ecuaciones resulta:

V1/ V2 = E1/ E2 = N1/ N2 = m

Donde el factor m se denomina relación de transformación. De este modo en un transformador ideal, la relación de tensiones coincide con la relación de espiras que es en definitiva la relación de transformación.

Si el interruptor S del esquema anterior esta abierto, el transformador funciona sin carga o en régimen de vacío. El primario se comportará como una bobina con núcleo de hierro. En este caso el transformador absorberá una corriente de vacío i0 análoga a la corriente iexc. La corriente i0 forma un ángulo 0 con la tensión aplicada V1, de tal forma que la potencia absorbida en vacío, denominada P0, será igual a las perdidas en el hierro PFe en el núcleo del transformador, cumpliéndose:

P0=PFe=V1 i0 cos0 Donde V1 e I0 representan los valores eficaces de la tensión y la corriente respectivamente.

La corriente I0 tiene dos componentes, una activa IFe y otra reactiva I. En la figura presentada a continuación se

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muestra el diagrama fasorial de un transformador ideal en el vacío, donde se muestran las magnitudes anteriores con sus fases correspondientes, habiéndose tomado como referencia de fases la tensión aplicada V1.

Cuando se cierra el interruptor S, el transformador funciona en carga y aparece una corriente i2 que circula por el circuito secundario, que corresponde a un valor complejo o fasorial:

I2= E2/ ZL = (E2 0°)/( ZL2) = (E2 /ZL) -2

Es decir I2 se retrasa 2 de la fem E2

La corriente i2 al circular por el devanado secundario produce una fmm desmagnetizante N2i2 que se opone a la fmm primaria existente N1i0. Es por ello que si esta fmm de secundario no queda neutralizada por una corriente adicional que circule por le primario, el flujo en el núcleo se vera reducido profundamente, con las consiguientes reducciones en las fems e1 y e2 que son proporcionales a él y se romperá el equilibrio entre v1 y e1 en el primario. Para que pueda restablecer el equilibrio es preciso neutralizar la fmm N2i2 del secundario, mediante una corriente adicional primaria i’2 equivalente a una fmm N1i’2 de valor:

N1i’2 = N2i2De donde se deduce el valor de la corriente i’2 adicional primaria:

i’2= (N2/N1) i2= i2/m ; m = N1/N2

De este modo y como se indica el valor de la corriente total necesaria en el primario i1 será igual a:i1=io+ i’2 = i0 + i2/m

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Que corresponde en forma fasorial a:

I1 = I0 + I’2 = I0 + I2/m

Donde se ha denominado I’2 a I2/m. La ecuación anterior expresa la relación entre la corriente primaria I1, de vacío I0

y secundaria I2. Esta ecuación o su equivalente en forma instantánea indican que la corriente primaria tiene dos componentes.

1) Una corriente de excitación o de vacío I0 cuya misión es producir el flujo en el núcleo magnético y vencer las pérdidas en el hierro a través de sus componentes I e IFe

respectivamente.2) Una componente de carga I’2 que equilibra o contrarresta la acción desmagnetizante de la fem secundaria para que el flujo en el núcleo permanezca constante e independiente de la carga.

4.- Funcionamiento de un Transformador Real

En los transformadores reales hay que tener en cuenta la resistencia y los flujos de dispersión en los arrollamientos. La aparición de resistencia es inherente a la constitución de los devanados con hilo conductor. En la figura mostrada a continuación se muestra el mismo circuito mostrado anteriormente, pero se le han agregado las resistencias R1 y R2 de los arrollamientos, fuera de la bobina para mejor apreciación. Se puede observar también que en el transformador real que de todo el flujo producido por los devanados solo existe una parte común a ambos y es representada por Ф. Esto es consecuencia de los flujos de dispersión que aparecen en los arrollamientos y que se distribuyen por caminos no magnéticos, en particular por los conductores y el aire que rodea las bobinas. Si se denomina Ф1 y Ф2 a los flujos totales que atraviesan los devanados primario y secundario, y Фd1 y Фd2 a los flujos de dispersión, se cumplirá:

Ф1= Ф+ Фd1; Ф= Ф- Фd2

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Al parecer, la introducción de los flujos de dispersión ha complicado los cálculos, ya que desaparece la idea del flujo común único que existía en el transformador ideal. Sin embargo se puede conservar tal forma de proceder, si se añaden en serie a cada arrollamiento unas bobinas con el mismo número de espiras que los devanados correspondientes, de tal modo que al circular por ellas las intensidades respectivas den lugar a los mismos flujos de dispersión Фd1 y Фd2 que en los bobinados reales. En la figura presentada a continuación se ha presentado esta idea donde se han indicado con Ld1 y Ld2 los coeficientes de autoinducción respectivos de estas bobinas adicionales (con núcleo de aire), cuyos valores de acuerdo a su definición serán:

Ld1 = N1 (dФd1/ di1); Ld2 = N2 (dФd2/ di2)

y que dan lugar a las reactancias de dispersión X1 y X2 de ambos devanados:

X1 = Ld1; X2 = Ld2

La aplicación de la 2da Ley de Kirchhoff a los circuitos primario y secundario de la figura siguiente nos da

V1= e1 + R1i1 + Ld1 (di1/dt); e2 = V2+ R2i2 + Ld2 (di2/dt)

donde los valores de e1 y e2 vienen expresados por las ecuaciones

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е1= N1 (dФ/dt); е2= N2 (dФ/dt)que corresponden a los valores eficaces

E1 = 4.44f N1 Фm; E2 = 4.44f N2 Фm

Donde Фm es el flujo común máximo que circula por el circuito magnético de la última figura mostrada.

Las ecuaciones enunciadas con ayuda de la 2da Ley de Kirchhof pueden ser escritas de la forma compleja:

V1= E1 + R1 I1 + j X1 I1; V2= E2 + R2 I2 + j X2 I2

Si se tiene en cuanta los valores eficaces descritos anteriormente, la relación de los valores eficaces de las fems inducidas será:

E1/E2 = N1/N2= m

Ecuación que siempre se cumple tanto en transformador ideal como en el transformador real.

5.- Transformadores Trifásicos

La transformación de tensiones y corrientes en los sistemas trifásicos puede realizarse de dos maneras. La primera de ellas consiste en emplear un transformador monofásico en cada una de las tres fases, de tal forma que se formen circuitos magnéticos independientes. Este sistema es poco económico ya que emplea mucho volumen de hierro, a la par que es poco práctico por ser necesario incorporar tres unidades idénticas para realizar la transformación total. La segunda manera consiste en emplear un solo núcleo magnético en el que se incorporan todos los devanados necesarios. En este caso el sistema esta formado por tres columnas iguales sobre las que se arrollan las espiras que constituyen los bobinados primario y secundario de cada fase como se indica a continuación.

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Se puede considerar que este núcleo trifásico es el resultado de la unión de tres sistemas monofásicos de acuerdo con el proceso de simplificación que se muestra en el próximo esquema:

En el estudio del transformador trifásico hay que considerar cada columna como un transformador monofásico, de tal forma que los ensayos, esquemas equivalentes, etc… deben expresarse en valores simples, pudiéndose aplicar entonces, las mismas técnicas de análisis que se emplean en el estudio de los transformadores monofásicos.

La designación de los terminales de los devanados, se hará siguiendo las recomendaciones expresadas anteriormente, empleando las letras a, B, c para denominar los principios de las bobinas del devanado de A.T., que se supondrá situado en el primario; las mismas letras en minúscula: a, b, c indicaran los terminales de la misma polaridad instantánea en el devanado secundario.

5.1- Formas de conexión de los Transformadores Trifásicos

Las formas que mas frecuentemente se emplean para realizar las conexiones de los arrollamientos son: estrella (con hilo o sin hilo neutro), en triangulo y en zig-zag.

En la conexión en estrella se une en un mismo punto los tres extremos de los arrollamientos que poseen la misma polaridad, existiendo dos formas básicas según se unan las terminales A, B, C ó A’, B’, C’ (a, b, c, ó a’, b’, c; para

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secundario). En la conexión en triangulo se unen sucesivamente los extremos de polaridad opuesta de cada dos devanados hasta cerrar el circulo, según sea el orden de sucesión en que se realiza esta operación puede existir dos formas diferentes. La conexión en zig-zag, que en la práctica solo se emplea en el lado de menor tensión, consiste en subdividir en dos partes iguales los devanados secundarios, una parte se conecta en estrella y luego cada rama se une con una serie de bobinas invertidas de las fases adyacentes, siguiendo un determinado orden cíclico. Estas tres formas básicas se muestran a continuación.

5.2- Combinación de Conexiones de Transformadores Trifásicos

Los devanados primario y secundario de cualquier transformador trifásico se pueden conectar dependientemente en Estrella (Y) o en Delta (o triángulo, Δ). Esto nos da un total de cuatro conexiones posibles (sin contar la conexión de zig-zag) en el banco de un transformador trifásico:

1. Estrella - Estrella (Y-Y)2. Estrella -Delta (Y-Δ)3. Delta - Estrella (Δ-Y)4. Delta - Delta (Δ-Δ)

La clave para facilitar el análisis de un banco trifásico es ver un solo transformador del banco debido a que cualquier transformador en el banco se comporta exactamente como los transformadores monofásicos ya estudiados. Como ya se mencionó, la impedancia, la regulación de voltaje, la eficiencia y los demás cálculos para los transformadores

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trifásicos se llevan a cabo con base en un criterio por fase, utilizando exactamente las mismas técnicas desarrolladas para los transformadores monofásicos.

5.2.1- Conexión Estrella – Estrella

En una conexión Estrella - Estrella, el voltaje primario en cada fase del transformador está dado por VФp=VLP/√3. El voltaje de fase en el secundario está relacionado con la línea de voltaje en el secundario por VLS= √3VФs.

Como el voltaje de fase primario se relaciona con el voltaje de fase secundario por medio de la relación de vueltas del transformador, la relación de voltaje general en el transformador es:

Donde a es la relación de transformación denotada anteriormente como m.

5.2.1.1- Diagrama de Conexión de un Transformador Trifásico en Conexión Estrella – Estrella

5.2.1.2- Diagrama de cableado de un Transformador Trifásico Conexión Estrella – Estrella

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5.2.1.3- Desventajas de la conexión Estrella - Estrella

Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas, entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse severamente. Además, los voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes.

Tanto el problema de desequilibrio de voltajes como el de la tercera armónica se pueden resolver utilizando una de las dos técnicas siguientes:

Conectando sólidamente a tierra los neutros de los transformadores, en especial el neutro del devanado primario. Esta conexión permite que los componentes aditivos de la tercera armónica causen un flujo de corriente en el neutro en lugar de acumular grandes voltajes. El neutro también suministra un camino de regreso para cualquier desequilibrio de corriente en la carga.

Añadir un tercer devanado (terciario) conectado en D al banco de transformadores.

5.2.2- Conexión Estrella – Delta

En esta conexión, el voltaje de línea primario está relacionado con el voltaje de fase primario por VLP= √3VФP,

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mientras que el voltaje de línea secundario es igual al voltaje de fase secundario VLS= VФs.

La relación de voltaje para cada fase es:

Por lo que la relación general entre el voltaje de línea en el lado primario del banco y el voltaje de línea en el lado secundario del banco es:

;

5.2.2.1- Diagrama de Conexión de un Transformador Trifásico Conexión Estrella - Delta

5.2.2.2- Diagrama de Cableado de un Transformador Trifásico Conexión Estrella - Delta

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5.2.2.3- Desventajas del arreglo Estrella - Delta

Entre los problemas que presenta la conexión Estrella – Delta están: El voltaje secundario se desplaza 30° con respecto al

voltaje primario del transformador.

El hecho de que se desplace una fase puede causar problemas en la puesta en paralelo de los secundarios de dos bancos de transformadores.

Los ángulos de fase de los transformadores secundarios deben ser iguales si se desea ponerlos en paralelo, lo que quiere decir que se tiene que poner atención a la dirección del desplazamiento de fase de 30° en cada banco del transformador para ponerlos en paralelo.

5.2.3- Conexión Delta – Estrella En una conexión Δ - Y, el voltaje de línea primario es igual al voltaje de fase primario VLP = VФP, mientras que los voltajes secundarios están relacionados por VLS= √3VФS. Por lo tanto, la relación de voltaje de línea a línea en esta conexión es:

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;

5.2.3.1- Diagrama de Conexión de un Transformador Trifásico Conexión Delta - Estrella

5.2.3.2- Diagrama de Cableado de un Transformador Trifásico Conexión Delta - Estrella

5.2.3.4- Desventajas que presenta la Conexión Delta - Estrella

Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que el transformador Y. La conexión mostrada anteriormente ocasiona que el voltaje secundario esté, como se vio en la conexión Estrella - Delta anteriormente, en retraso con respecto al voltaje primario en 30°.

5.2.4- Conexión Delta – Delta

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En una conexión Δ-Δ se tiene que VLP= VФP y VLS= VФS, por lo que la relación entre los voltajes de línea primario y secundario es:

5.2.4.1- Diagrama de Diagrama de Conexión de un Transformador Trifásico Conexión Delta - Delta

5.2.4.2- Diagrama de Cableado de un Transformador Trifásico Conexión Delta - Delta

5.2.3.4- Desventajas que presenta la Conexión Delta - Delta

Este transformador no tiene un desplazamiento de fase asociado y no tiene problemas con cargas desequilibradas o armónicos.

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Conclusión

El uso de los transformadores eléctricos abarca desde transporte hasta el control, desde el suministro de potencia a hornos eléctricos hasta la toma de muestras de corriente. Es sumamente interesante el hecho de que los transformadores funcionan mediante la inducción de corriente dentro de estos. Es una de las aplicaciones de la ley de Faraday más revolucionarias de nuestro tiempo.

Los transformadores han revolucionado nuestro estilo de vida, pero su estudio no esta del todo completo. Es fácil de prever que el grado de utilización de esta maquina ira en aumento en los años venideros. En un futuro muy cercano se utilizaran diversas gamas de ingeniería para lograr cosas sin precedentes. Es por esto que El estudio de estas maquinas eléctricas ha sido y seguirá siendo una de las ramas mas interesantes del estudio electrotécnico.

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Bibliografía

Libros:

Cálculo y Diseño de Máquinas Eléctricas. Sacchi, Jorge N. L.; Rifaldi Alfredo; (e-book). Pág. 8

Máquinas Eléctricas. Fraile Mora, Jesús. Cuarta Edición Corregida. RUGARTE S.L. Febrero 2002. Madrid, España. Págs. 161-182

Web:

www.wikipedia.org www.monografias.com