TEORA BSICA DE LOS TRANSFORMADORES PROGRAMA INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL

PRESENTADO POR:

MARLIO ALEJANDRO CHICU RESTREPOJAIRO JOS MARN ARCINIEGASCRISTIAN STIVEN CORTS MURCIA

PRESENTADO A:ING. ELIANA AGUILAR LARRARTE

FUNDAMENTOS DE MQUINAS ELCTRICAS

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESUNIVERSIDAD DEL CAUCAPOPAYAN, CAUCA2015TRANSFORMADORESLos transformadores son dispositivos electromagnticos estticos que permiten partiendo de una tensin alterna conectada a su entrada, obtener otra tensin alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador.Permiten as proporcionar una tensin adecuada a las caractersticas de los receptores. Tambin son fundamentales para el transporte de energa elctrica a largas distancias a tensiones altas, con mnimas perdidas y conductores de secciones moderadas.CONSTITUCION Y FUNCIONAMIENTOConstan esencialmente de un circuito magntico cerrado sobre el que se arrollan dos bobinados, de forma que ambos bobinados estn atravesados por el mismo flujo magntico. El circuito magntico est constituido (para frecuencias industriales de 50 Hz) por chapas de acero de poco espesor apiladas, para evitar las corrientes parsitas.El bobinado donde se conecta la corriente de entrada se denomina primario, y el bobinado donde se conecta la carga til, se denomina secundario.La corriente alterna que circula por el bobinado primario magnetiza el ncleo de forma alternativa. El bobinado secundario est as atravesado por un flujo magntico variable de forma aproximadamente senoidal y esta variacin de flujo engendra por la Ley de Lenz, una tensin alterna en dicho bobinado.

Circuitos primario y secundario en un transformador

Construccin del ncleo de un transformador con devanados coaxiales

Relacin de TransformacinLa relacin de transformacin indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensin de salida con respecto a la tensin de entrada, esto quiere decir, la relacin entre la tensin de salida y la de entrada.La relacin entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al nmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , segn la ecuacin:

Larelacin de transformacin(m)de la tensin entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los nmeros de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin.

Dnde: (Vp) es la tensin en el devanado primario o tensin de entrada, (Vs) es la tensin en el devanado secundario o tensin de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en lared de transporte de energa elctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeas intensidades, se disminuyen las prdidas por elefecto Jouley se minimiza el costo de los conductores.As, si el nmero de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensin alterna de 230voltiosen el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relacin 100 veces superior, como lo es la relacin de espiras). A la relacin entre el nmero de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llamarelacin de vueltasdel transformador orelacin de transformacin.Ahora bien, como lapotencia elctricaaplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:

El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10amperios, la del secundario ser de solo 0,1 amperios (una centsima parte).

Transformador trifsico[editar]Existen muchos tipos de transformadores, entre los cuales el transformador trifsico tiene una importancia indudable. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generacin cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensin de estos, as como tambin en transmisin por lneas de transmisin y en distribucin en donde se transporta la energa elctrica a voltajes menores hacia casas, comercio e industria. Todos los transformadores desde la generadora hasta la entrada de nuestros hogares o industrias son transformadores trifsicos.Un transformador trifsico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna. No es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua, puesto que para que exista un voltaje V debe haber una variacin del flujo. V = N d/dt donde N es el nmero de espiras del lado de alta o baja tensin del transformador. El trmino d/dt es una derivada del flujo, o en trminos simples la variacin del flujo magntico. Faraday demostr en el siglo XIX que si se acerca un imn a una bobina moviendo el imn o la bobina se induce una corriente y produce un voltaje los cuales pueden hacer trabajo como encender una bombilla.Las diferentes formas de conexin de los bobinados trifsicos de un transformador, recibe el nombre de grupo de conexionado. Adems de identificar las conexiones de los bobinados primario y secundario (estrella, tringulo o zig-zag), el grupo de conexionado indica el desfasaje entre las tensiones de lnea primaria y secundaria, de los sistemas trifsicos vinculados por el transformador. Los grupos de conexionado ms comnmente utilizados en la distribucin de energa elctrica son Dy5 (primario en tringulo, secundario en estrella, desfasaje 150 grados) y Dy11 (tringulo, estrella, 330 grados), Yy0 (estrella, estrella, 0 grados), Yd11 (estrella, tringulo, 330 grados), entre otros. El concepto prctico de grupo de conexionado adquiere relevancia para realizar una operacin segura, durante la puesta en paralelo de transformadores.Partes[editar]El ncleo[editar]El ncleo est formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagntico) que estn apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La funcin del ncleo es mantener el flujo magntico confinado dentro de l y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el ncleo y reduciendo la eficiencia. La configuracin por laminas del ncleo laminado se realiza para evitar lascorrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre laminas, indeseadas pues favorecen las perdidas.Bobinas[editar]Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del ncleo. Segn el nmero de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducir un voltaje mayor. Se juega entonces con el nmero de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifsico el nmero de vueltas del primario y secundario debera ser igual para todas las fases.Cambiador de taps[editar]El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecnico que puede ser girado manualmente para cambiar la razn de transformacin en un transformador, tpicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razn en ms o menos el 5%. Por ejemplo esto ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy bajo en alguna barra del sistema.Rel de sobrepresin[editar]Es un dispositivo mecnico que nivela el aumento de presin del transformador que pueden hacerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen el rel de presin sbita para presiones transitorias y el rel de sobrepresin para presiones ms permanentes.Tablero de control[editar]Contiene las conexiones elctricas para el control, rels de proteccin elctrica, seales de control de vlvulas de sobrepresin hacia dispositivos de proteccin.Configuraciones[editar]Las bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o T. Se pueden hacer transformadores trifsicos de tres formas distintas:1. Conectando tres transformadores monofsicos2. Ncleo tipo acorazado3. Transformador tipo ncleo.Clases de ventilacin[editar]Hay diferentes tipos de ventilacin en un transformador. La ventilacin puede ser por: Conveccin natural (N). Ventilacin forzada (F).El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos: Aceite (O del inglsOil). Agua (W, del inglsWater). Gas (G).La nomenclatura que designa la ventilacin es del tipo XXYY, donde XX indica el tipo de refrigerante, y el YY la ventilacin usada. Segn esto existen: ONAN ONAF ONWF OFAFTipos de transformadores

Segn sus aplicaciones[editar]

Transformador elevador/reductor de tensin[editar]Son empleados por empresas de generacin elctrica en lassubestacionesde la red de transporte de energa elctrica, con el fin de disminuir las prdidas porefecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energa elctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilizacin. La mayora de los dispositivos electrnicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuitorectificador de onda completapara producir el nivel de tensin de corriente directa que necesitan. Este es el caso de lasfuentes de alimentacinde equipos de audio, video y computacin.Transformadores variables[editar]Tambin llamados "Variacs", toman una lnea de tensin fija (en la entrada) y proveen de tensin de salida variable ajustable, dentro de dos valores.Transformador de aislamiento[editar]Proporciona aislamiento galvnico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentacin o seal "flotante". Suele tener una relacin 1:1 entre las tensiones del primario y secundario. Se utiliza principalmente como medida de proteccin, en equipos que trabajan directamente con la tensin de red y tambin para acoplar seales procedentes de sensores lejanos, en equipos deelectromedicinay donde se necesitan tensiones flotantes.Transformador de alimentacin[editar]Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora unfusibleque corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que ste se queme, con la emisin de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.Transformador trifsico[editar]Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -tringulo- () y las combinaciones entre ellas:-,-Y,Y-yY-Y. Hay que tener en cuenta que an con relaciones 1:1, al pasar de a Y o viceversa, las tensiones de fase varan.1. Delta estrella: Se usa especialmente en distribucin (baja tensin) con delta en alta y estrella en baja con neutro accesible. Esto permite que la onda sinusoidal de tercera armnica se mantenga circulando por la delta, pero no se transmita a las estrella.Transformador de pulsos[editar]Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rpida (bajaautoinduccin) destinado a funcionar en rgimen de pulsos. Su principal aplicacin es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvnico entre las etapas de mando y potencia.Transformador de lnea oFlyback[editar]Artculo principal:Transformador FlybackEs un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en lostelevisores con TRC(CRT) para generar la alta tensin y la corriente para las bobinas dedeflexin horizontal. Suelen ser pequeos y econmicos. Adems suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Adems de poseer una respuesta en frecuencia ms alta que muchos transformadores, tiene la caracterstica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.Transformador diferencial de variacin lineal[editar]Eltransformador diferencial de variacin lineal(LVDT segn sus siglas en ingls) es un tipo de transformador elctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagntico de forma cilndrica, sujeto al objeto cuya posicin desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.Los LVDT son usados para la realimentacin de posicin en servomecanismos y para la medicin automtica en herramientas y muchos otros usos industriales y cientficos.Transformador con diodo dividido[editar]Es un tipo de transformador de lnea que incorpora eldiodorectificadorpara proporcionar la tensin continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque est formado por varios diodos ms pequeos repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo slo tiene que soportar una tensin inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al nodo del tubo, sin diodo ni triplicador.Transformador de impedancia[editar]Este tipo de transformador se emplea para adaptarantenasylneas de transmisin(tarjetas de red, telfonos, etc.) y era imprescindible en losamplificadoresdevlvulaspara adaptar la altaimpedanciade los tubos a la baja de losaltavoces.Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamosn a Ns/Np, comoIs=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario ser Ep/Ip = -Es/nIs = Z/n. As, hemos conseguido transformar una impedancia de valorZen otra deZ/n. Colocando el transformador al revs, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factorn.Estabilizador de tensin[editar]Es un tipo especial de transformador en el que el ncleo se satura cuando la tensin en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensin en el secundario quedan limitadas. Tena una labor de proteccin de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha cado en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensin electrnicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energtica.Transformador hbrido o bobina hbrida[editar]Es un transformador que funciona como unahbrida. De aplicacin en lostelfonos, tarjetas de red, etc.Balun[editar]Es muy utilizado comobalunpara transformar lneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La lnea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.Transformador electrnico[editar]Est compuesto por un circuito electrnico que eleva la frecuencia de la corriente elctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drsticamente su tamao. Tambin pueden formar parte de circuitos ms complejos que mantienen la tensin de salida en un valor prefijado sin importar la variacin en la entrada, llamadosfuente conmutada.Transformador de frecuencia variable[editar]Son pequeos transformadores de ncleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrnicos para comunicaciones, medidas y control.Transformadores de medida[editar]Entre los transformadores con fines especiales, los ms importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y rels protectores en circuitos de alta tensin o de elevada corriente. Los transformadores de medida aslan los circuitos de medida o de rels, permitiendo una mayor normalizacin en la construccin de contadores, instrumentos yrels.

Segn su construccin[editar]

Autotransformador[editar]Artculo principal:AutotransformadorEl primario y el secundario del transformador estn conectados en serie, constituyendo un bobinado nico. Pesa menos y es ms barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvnico entre el primario y el secundario.Transformador con ncleo toroidal o envolvente[editar]El ncleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son ms voluminosos, pero el flujo magntico queda confinado en el ncleo, teniendo flujos de dispersin muy reducidos y bajas prdidas porcorrientes de Foucault.Transformador de grano orientado[editar]El ncleo est formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre s misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las lminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta prdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser tambin utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus prdidas.Bobina de ncleo de aire[editar]En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin ncleo o con un pequeo cilindro deferritaque se introduce ms o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.Transformador de ncleo envolvente[editar]Estn provistos de ncleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersin.Transformador piezoelctrico[editar]Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no estn basados en el flujo magntico para transportar la energa entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecnicas en un cristalpiezoelctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensin para alimentar las lmparas fluorescentes de los monitores deledyTFTusados en computacin y en televisin.