UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

TRANSFORMADORES MONOFASICOS

TRANSFORMADORES MONOFASICOS

Ing. JORGE COSCO GRIMANEYIng. JORGE COSCO GRIMANEY

Área Académica de Cursos Complementarios

FACULTAD DE I NGENI ERI A QUI MI CA Y TEXTI L

El transformadorEl transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, de un campo magnético. Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético.núcleo de material ferromagnético.El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o menor tensión entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o menor tensión (baja tensión). (baja tensión). El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del transformador se denominan lado de entrada y lado de salida.transformador se denominan lado de entrada y lado de salida.El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.sea, conduce muy bien el flujo magnético.En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:1.1.Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía por que Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía por que discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el flujo discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra. magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra. 2.2.Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él se apoyanse apoyanPara generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de hierro hay Para generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de hierro hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma del arrollamiento de que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma del arrollamiento de entradaentrada

El transformadorEl transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. medio de la acción de un campo magnético.

Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético.núcleo de material ferromagnético.

El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o de entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o menor tensión (baja tensión). menor tensión (baja tensión).

El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del transformador se denominan PRIMARIO Y con ello, los lados del transformador se denominan PRIMARIO Y SECUNDARIOSECUNDARIO

El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía por que discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata por que discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna conduce el flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra. a otra. Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él se apoyanen él se apoyanPara generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de Para generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de hierro hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma hierro hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma del arrollamiento de entradadel arrollamiento de entrada

    ANALOGÍA ANALOGÍA   

  

  

   

Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción o interferencia alguna entre los flujos respectivos.Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases, constituyendo esto un transformador trifásico como vemos a continuación.

Si la transformación se hace mediante un transformador trifásico, con un núcleo común, podemos ver que la columna central (fig. A) está recorrida por un flujo F que, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y desfasados 120º. El flujo F será pues siempre nulo. En consecuencia, se puede suprimir la columna central (fig. B). Como esta disposición (fig. b) hace difícil su construcción, los transformadores se construyen con las tres columnas en un mismo plano (fig. C). Esta disposición crea cierta asimetría en los flujos y por lo tanto en las corrientes en vació. En carga la desigualdad de la corriente es insignificante, y además se hace más pequeña aumentando la sección de las culatas con relación al núcleo central.

En un transformador trifásico cada columna está formada por un En un transformador trifásico cada columna está formada por un

transformador monofásicotransformador monofásico, entonces toda la teoría explicada en la sección , entonces toda la teoría explicada en la sección de los de los transformadores monofásicos es válida para los trifásicos, es válida para los trifásicos, teniendo en cuenta que las magnitudes que allí aparecen hace referencia teniendo en cuenta que las magnitudes que allí aparecen hace referencia ahora a los valores por fase. ahora a los valores por fase.

Para relacionar las tensiones y las corrientes primarias con las secundarias, Para relacionar las tensiones y las corrientes primarias con las secundarias, no basta en los sistemas trifásicos con la relación de transformación, sino que no basta en los sistemas trifásicos con la relación de transformación, sino que se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión. Una manera de establecer entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión. Una manera de establecer estos desfases consiste en construir los diagramas fasoriales de tensiones y estos desfases consiste en construir los diagramas fasoriales de tensiones y corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta tensión (estrella, triángulo o corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta tensión (estrella, triángulo o zig-zag), las polaridades de los enrollados en un mismo circuito magnético o zig-zag), las polaridades de los enrollados en un mismo circuito magnético o fase, y las designaciones de los bornesfase, y las designaciones de los bornes

Los tres arrollamientos, Los tres arrollamientos, tanto del primario como del secundariotanto del primario como del secundario, se pueden , se pueden conectar de diversas formas, siendo las siguientes algunas de las más conectar de diversas formas, siendo las siguientes algunas de las más frecuentes:frecuentes:

Conexiones Conexiones en Triángulo (D)en Triángulo (D)ConexionesConexiones en Estrella (Y) en Estrella (Y)

Formas de ConexiónFormas de Conexión

  Conexiones en Zig-zag (Z)Conexiones en Zig-zag (Z)

La tensión Van tiene un valor de:La tensión Van tiene un valor de:

  

Todos los arrollamientos montados sobre una misma columna abrazan en Todos los arrollamientos montados sobre una misma columna abrazan en cada instante el mismo flujo común F y con el fin de precisar el sentido de las cada instante el mismo flujo común F y con el fin de precisar el sentido de las f.e.m. suponemos que el sentido de arrollamiento de las bobinas primarias y f.e.m. suponemos que el sentido de arrollamiento de las bobinas primarias y secundarias es el mismo. secundarias es el mismo. Si designamos con la misma letra los terminales homólogos en cuanto a Si designamos con la misma letra los terminales homólogos en cuanto a polaridad instantánea de dos cualesquiera de estos arrollamientos montados polaridad instantánea de dos cualesquiera de estos arrollamientos montados sobre la misma columna, los vectores representativos de las f.e.m. sobre la misma columna, los vectores representativos de las f.e.m. respectivos se presentaran como se indica a continuación. respectivos se presentaran como se indica a continuación. Dependiendo del tipo de conexión, las tensiones simples del primario y del Dependiendo del tipo de conexión, las tensiones simples del primario y del secundario pueden  no estar en fase, cosa que siempre ocurre en los secundario pueden  no estar en fase, cosa que siempre ocurre en los transformadores monofásicos. transformadores monofásicos. Para indicar el desfase existente entre las tensiones simples, se suele utilizar Para indicar el desfase existente entre las tensiones simples, se suele utilizar el llamado índice horario (ángulo formado por la aguja grande y la pequeña de el llamado índice horario (ángulo formado por la aguja grande y la pequeña de un  reloj cuando marca una hora exacta), expresado en múltiplos de 30º un  reloj cuando marca una hora exacta), expresado en múltiplos de 30º (ángulo entre dos horas consecutivas, 360º/12=30º ). (ángulo entre dos horas consecutivas, 360º/12=30º ). El conocimiento del desfase (índice horario) es muy importante cuando se han El conocimiento del desfase (índice horario) es muy importante cuando se han de conectar transformadores en paralelo, dado que entonces, todos los de conectar transformadores en paralelo, dado que entonces, todos los transformadores deben tener el mismo índice horario, para evitar que puedan transformadores deben tener el mismo índice horario, para evitar que puedan producirse corrientes de circulación entre los transformadores cuando se producirse corrientes de circulación entre los transformadores cuando se realice la conexión.  A continuación veremos algunas de las formas más realice la conexión.  A continuación veremos algunas de las formas más frecuentes de conexión (el desfase se obtiene multiplicando el numero que frecuentes de conexión (el desfase se obtiene multiplicando el numero que acompaña la denominación por 30, ejemplo: en Yy6 el desfase es acompaña la denominación por 30, ejemplo: en Yy6 el desfase es 6*30=180º): 6*30=180º): 

ConexiónConexión Relación de transformaciónRelación de transformación

VFP = Tensión fase primario;   VFS = tensión fase secundario;    VLP = VFP = Tensión fase primario;   VFS = tensión fase secundario;    VLP = Tensión línea primario;    VLS = tensión línea secundarioTensión línea primario;    VLS = tensión línea secundario

VFP / VFS = m VFP / VFS = m

VLP / VLS = VLP / VLS =

(Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = m(Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = m

VFP / VFS = m VFP / VFS = m

VLP / VLS = VLP / VLS =

(Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = m(Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = m

VFP / VFS = mVFP / VFS = m

VLP = VFP VLP = VFP

VLS = VFSVLS = VFS

VLP / VLS = VFP / VFS = mVLP / VLS = VFP / VFS = m

VFP / VFS = mVFP / VFS = m

VLP / VLS = (VLP / VLS = (√3√3 VFP) / VFS VFP) / VFS

VLP / VLS = (VLP / VLS = (√3√3 m) m)

VFP / VFS = m VLP / VLS = VFP / (3 *

VFS)VLP / VLS = m /3

 

El gráfico siguiente demuestra la justificación del índice horario para esta conexión DY11

Tabla de índices horariosTabla de índices horarios

  

      

  

En la figura siguiente vemos la curva del rendimiento de un transformador con diferentes cargas y cos fi.