TRANSFORMADORES Se denomina transformador o trafo abreviatura a

TRANSFORMADORES Se denomina transformador o trafo (abreviatura) a una máquina eléctrica estática que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia.

GENERALIDADES El transformador son un conjunto de bobinas (mínimo dos) acopladas por un campo magnético que fluye en un núcleo (acero con pequeños porcentajes de silicio). Se utilizan para 1. Cambiar los valores de voltaje y corriente entre un circuito y otro. 2. Aislar eléctricamente un circuito de otro 3. Adaptar impedancias entre la salida de un circuito y la entrada de otro.

CONSTRUCCIÓN DEL NUCLEO Los devanados primarios y secundarios se pueden enrollar en lados opuestos del núcleo. Esta configuración recibe el nombre de core Otra forma enrollar los devanados es en forma concéntrica. El secundario se enrolla encima del primario. Esta configuración recibe el nombre de shell

En ambos casos las secciones se van alternando para reducir posibles airgap (hueco de aire) producidos en la juntura. Además laminas contienen un 3% de silicón la cual reduce las perdidas por histéresis.

NUCLEOS STEPPED Con el objetivo de reducir el cobre utilizado en los devanados algunos núcleos contienen secciones transversales que aunque rectas se asemejan a un círculo.

PRINCIPIOS DEL TRANSFORMADOR Cuando aplicamos una fuente Vp al devanado primario y dejamos el secundario abierto, se producirá un flujo en el núcleo. Este flujo es sinusoidal igual al voltaje pero se encuentra atrasado 90 grados con respecto a este. Este flujo producido recorre el núcleo y hace que este corte las espiras del secundario produciendo así un voltaje en fase con el voltaje del

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Relación de transformación de Voltajes Relación de transformación de Corrientes

TIPOS DE TRANSFORMADOR SEGÚN FUNCIONALIDAD Transformadores de potencia Transformadores de comunicaciones Transformadores de medida Monofásicos Trifásicos POR LOS SISTEMAS DE TENSIONES Trifásicos-hexafásicos Trifásicos-dodecafásicos Trifásicos-monofásicos SEGÚN TENSIÓN SECUNDARIO Elevadores Reductores SEGÚN MEDIO Interior Intemperie SEGÚN ELEMENTO REFRIGERANTE En seco En baño de aceite Con pyraleno SEGÚN REFRIGERACIÓN Natural Forzada

AUTOTRANSFORMADOR Es un transformador con una sola bobina y una derivación en su devanado. Su construcción es mas simple y se utiliza para aumentar o disminuir levemente el voltaje. La ventaja principal es que las perdidas de potencia son mucho menores que en un simple transformador. La desventaja es que el primario y el secundario no están aislado lo que representa un peligro potencial.

TAPS: Que son y para que sirven los taps. • Los taps son derivaciones que poseen los transformadores trifásicos, los cuales hacen que se tenga la posibilidad de poder cambiar la tensión a la salida del transformador, ya que cuando el transformador tenga que alimentar a una carga que pase los limites el transformador no podrá abastecer con la misma tensión ya que esta sobrepasando su tensión, por lo que este tap o conmutador puede ser cambiado para elevar la tensión.

Que son y para que sirven los taps. • • De serie, los transformadores vienen con taps de tensión – 5%, -2. 5%, 0, +2. 5%, +5%. El diagrama de conexión de los taps para los transformadores con una o dos tensiones primarias se indica en las placas de características. Es importante desplazar las placas de las 3 columnas de M. T. en su totalidad.

Pérdidas en un transformador. En un transformador se pueden identificar las siguientes pérdidas: Perdidas por corrientes de Foucault Perdidas por histeresis Perdidas en el cobre del bobinado. Las perdidas por corrientes de Foucault y por histeresis son llamadas pérdidas en el hierro.

Perdidas Pérdidas en el cobre: Perdidas por calentamiento en los devanados primario y secundario. (I 2 R) Pérdidas por corrientes parasitas: Pérdidas por calentamiento resistivo en el núcleo del transformador. Pérdidas por histeresis: Relacionado con el reordenamiento de los dominios magnéticos en cada ciclo. Flujos disperso: Flujos que escapan del nucleo. Producen una autoinducción que se opone y se modela como inductancias.

Corriente de magnetización en un transformador (84) En vacio por el primario fluye una corriente. Esta corriente es la requerida para producir flujo en un núcleo ferromagnetico real. Esta corriente tiene dos componentes: a) La corriente de magnetizacion: requerida para producir el flujo en el nucleo del transformador. b) La corriente de perdidas en el núcleo, requerida por el fenómeno de histéresis y por las corrientes parásitas.

Histéresis

Corrientes de Foucault

Corriente de magnetización en un transformador (84)

Prueba para hallar la curva de saturación en un transformador Se grafica E 1 en el eje X y E 2 en el eje Y. Esto nos permite ver los efectos de la saturación del nucleo.

Pruebas para hallar el modelo Prueba de circuito abierto: Se alimenta a voltaje nominal y se mide voltaje, corriente y potencia. Prueba de corto circuito: Se alimenta a voltaje reducido hasta que el secundario alcance la corriente nominal y se mide voltaje, corriente y potencia.

Pérdidas en vacio. Cuando un transformador esta en vacio, la potencia que medimos en un transformador con el circuito abierto se compone de la pérdida en el circuito magnético y se desprecian las pérdida en el cobre de los bobinados.

Pérdidas en carga. Las pérdidas con carga son aquellas que se producen debido a una carga específica conectada a un transformador. Las pérdidas con carga incluye las pérdidas I 2 R en los bobinados y elementos de protección, si los hubiere, debido a la corriente de carga y, las pérdidas parásitas debido a las corrientes de Eddy inducidas por el flujo de dispersión en los bobinados, en el núcleo, en los protectores magnéticos, en las paredes del tanque y otras partes conductivas. Las pérdidas por dispersión también pueden ser causadas por corrientes circulantes en bobinados conectados en paralelo o traslapados.

Pérdidas en carga. La NTC 818 y 819 establece valores de pérdidas en carga para diferentes transformadores. De la NTC 818:

Pérdidas en carga. De la NTC 819:

Impedancia de cortocircuito Se mide impedancia en cortocircuito y se saca la relación que existe con el valor nominal. Este valor se obtiene en porcentaje y se convierte en la tensión de cortocircuito en porcentaje.

Prueba de tensión aplicada

Prueba de tensión inducida

Prueba de impulso

Prueba de calentamiento

Prueba de aislamiento

Eficiencia Si las perdidas consideradas son: La eficiencia es:

AUTOTRANSFORMADOR Es un transformador con una sola bobina y una derivación en su devanado. Su construcción es mas simple y se utiliza para aumentar o disminuir levemente el voltaje. La ventaja principal es que las perdidas de potencia son mucho menores que en un simple transformador. La desventaja es que el primario y el secundario no están aislado lo que representa un peligro potencial.

AUTOTRANSFORMADOR

Transformadores Trifásicos (124)

Banco de transformadores La utilización de tres transformadores monofásicos para lograr este objetivo es laboriosa y su uso está ligado a las subestaciones. Cuando se emplea de esta forma, la instalación se conoce como un Banco de tres Transformadores.

Banco de transformadores

Transformadores Trifásicos (124)

Secuencia de Fases ABC VAB VA VA VAB VCA C O N T E N I D O 120° VB VC VC VB VBC VBA VAC VC VBC VCA VCB VB VAC VCB

Secuencia de Fases ACB VBA VA VA VAC VBA C O N T E N I D O 120° VC VB VB VC VCB VCA VAB VB VAC VCB VBC VC VAB VBC

Transformadores Trifásicos (124)

TIPOS DE CONEXIONES Existen dos configuraciones principales de conexión para la energía trifásica: Delta o Triangulo (Δ) y Estrella o ye (Y) Delta Δ e Y son letras griegas que representan la forma como los conductores en los transformadores están configurados. En una conexión Δ, los tres conductores están conectados extremo a extremo en un triángulo o en una forma delta. En el caso de una conexión Y, todos los conductores radian desde el centro, lo que significa que están conectados en un punto común.

Tanto el devanado primario como el devanado secundario pueden tener cualquiera de estas configuraciones. Las cuatro configuraciones de conexión posibles son las siguientes: DEVANADO PRIMARIO DEVANADO SECUNDARIO Δ Δ Y Y Δ Y

DIAGRAMAS ESQUEMATICOS

DESIGNACIÓN DE BORNES DEL TRANSFORMADOR IEC: International Electrotechnical Comisión DIN, normas Alemanas generales, dentro de las cuales las normas VDE se dedican a los equipos eléctricos (Verband Deutscher Elektrotechnoker)|

CONEXIONES

Nomenclatura de Transformadores Trifásicos Mmi M: Conexión de devanados de alta tensión i: m: Conexión de devanados de baja tensión D: delta Y: estrella d: delta Índice de desfase de las tensiones de alta y baja. i = f /30º y: estrella z: zig-zag f: ángulo de atraso de tensión de fase inducida en el lado de baja tensión respecto a la tensión de fase inducida en el lado de alta tensión. Ejemplos: Si f = 150º i VA: tensión de fase inducida en el lado de alta tensión Va: tensión de fase inducida en el lado de baja tensión = 150º/30° = 5 VA Si i = 11 f = 11 x 30º = 330º VA: tensión de fase inducida en el lado Va de alta tensión 150º Va Yd 1: Devanado de Alta Tensión conectado en Estrella Devanado de Baja Tensión conectado en Delta Desfase entre las tensiones de fase de Alta y Baja de 30° Yz 11: Devanado de Alta Tensión conectado en Estrella Devanado de Baja Tensión conectado en Zig-Zag Desfase entre la tensiones de fase de Alta y Baja de 330° Va: tensión de fase inducida en el lado de baja tensión VA 330º Dy 7: Devanado de Alta Tensión conectado en Delta Devanado de Baja Tensión conectado en Estrella Desfase entre las tensiones de fase de Alta y Baja de 210° Dz 6: Devanado de Alta Tensión conectado en Delta Devanado de Baja Tensión conectado en Zig-Zag Desfase entre las tensiones de fase de Alta y Baja de 180° C O N T E N I D O

Representación de devanados A B a X x b X A a x Y B b y Z C c z Diagrama ICONTEC C Y y c Z z Símil de transformadores monofásicos El símbolo A B C a b c X Y Z x y z Símil de devanados trifásicos indica la polaridad relativa de las tensiones en los devanados. (aunque en el diagrama ICONTEC no se muestra, se entiende en la posición ilustrada) Las letras mayúsculas identifican los devanados de alta tensión. C O N T E N I D O

Representación de devanados A X B a X A a x’ a’ x x’ a’ Y B b y’ b’ y Z C c z’ c’ z x b Diagrama ICONTEC para devanados en Zig-Zag y’ b’ C Y y c z’ c’ Z z Símil de transformadores Monofásicos para conjunto de devanados en Zig-Zag Los transformadores para conexión en zig-zag cuentan con dos devanados por fase del lado de baja tensión. C O N T E N I D O

Otras Observaciones • El desfase de alta y baja se calcula sobre la misma fase (p. ej. VA , Va). • En los transformadores monofásicos, las tensiones de alta y baja están en fase o desfasados 180° • Cuando están conectados en estrella, los devanados llevan la tensión de fase. • Cuando están conectados en delta, los devanados llevan la tensión de línea. C O N T E N I D O

TIPS PARA LAS DIFERENTES CONEXIONES DEL TRANSFORMADOR Todos los transformadores Yd o Yz tienen un índice horario impar. Todas las conexiones que se tienen en el semicírculo inferior (4, 5, 6, 7 etc), los terminales NO MARCADOS (terminales primados) serán los bornes del secundario. En las conexiones Y adoptar como sentido positivo de un arrollamiento el de las fuerzas electromotrices que actúan hacia el terminal exterior. Representar las tensiones por arrollamiento es decir tensión de fase. Representar las tensiones por arrollamientos simples secundarios recordando que, tienen el mismo sentido y el mismo desfase que el arrollamiento primario montado sobre la misma pierna.

ANALISIS CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA (Dy) Como existen dos formas posibles de cerrar el triangulo primario y otras dos formas de situar el punto neutro de la estrella secundaria, resultan cuatro posibilidades de montaje: • • Desfase de 30° (Dy 1) Desfase de 150° (Dy 5) Desfase de -30° (Dy 11) Desfase de -150° (Dy 7) La relación de transformación de todos los Dy es:

ANALISIS CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA (Dy) En el caso de cargas desequilibradas no provoca la circulación de flujos magnéticos por el aire, ya que el desequilibrio se compensa magnéticamente en las tres columnas. Como se puede disponer de neutro en el secundario, es posible aplicar este sistema de conexión a transformadores de distribución para alimentación de redes de media y baja tensión con cuatro conductores.

ANALISIS CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA (Dy) Este sistema de conexión es el mas utilizado en los trafos elevadores de principio de línea (subestaciones generadoras). También es el mas utilizado en transformadores de distribución (Dy 5 y Dy 11).

ANALISIS CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA (Yd) Como existen dos formas posibles de cerrar el triangulo secundario y otras dos formas de situar el punto neutro de la estrella primaria, resultan cuatro posibilidades de montaje: • • Desfase de 30° (Yd 1) Desfase de 150° (Yd 5) Desfase de -30° (Yd 11) Desfase de -150° (Yd 7) La relación de transformación de todos los Yd es:

ANALISIS CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA (Yy) Desventaja: Si existe una carga desequilibrada la cuba se calienta y se tienen tensiones diferentes en la tensión de fase del secundario (Mayores), problema gravísimo en un circuito de distribución. Este problema se puede solucionar realizando el montaje de un devanado terciario que se encuentre conectado en delta y cerrado en cortocircuito sobre sí mismo. La relación de transformación de todos los Yy es:

Procedimiento para determinar las conexiones en un transformador Yd 1 con secuencia de fases ABC i = 1: VA 30º Va Hay que identificar una tensión de línea del lado de baja que esté en fase con VA y que sea generada por la tensión Va desfasada 30º, teniendo en cuenta la secuencia de fases especificada (ABC). VA Vba VA c A B C a Va b Vba Vc C C O N T E N I D O d: Conexión devanados de baja en delta. La tensión indicada en el devanado de baja es de línea. a VA f = 1 x 30º = 30º Y: Conexión devanados de alta en estrella. La tensión del diagrama de conexiones es la tensión de fase VA del diagrama fasorial. A B ángulo entre tensiones de fase de alta y baja Vb A a B b C c Conexión Final para el Transformador Yd 1 b c

Procedimiento para determinar las conexiones en un transformador Dy 5 con secuencia de fases ABC VA i = 5: ángulo entre tensiones de fase de alta y baja f = 5 x 30º = 150º C O N T E N I D O D: Conexión devanados de alta en delta. La tensión del diagrama de conexiones es una tensión de línea entre cualquiera dos fases y A. 150º y: Conexión devanados de baja en estrella. La tensión indicada en el devanado de baja es una tensión de fase (que puede ser Va o -Va) Va Se busca la tensión de línea del lado de alta que esté en fase con la tensión de fase Va teniendo en cuenta la secuencia de fases especificada (ABC). A VBA B A VA (-Va) C a (-Va) Va C B b VC c Va VB VAB x VBA A x B y C z y z Conexión Final para el Transformador Dy 5