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UNIDAD 5 - Transformadores
UNIDAD 5 - Transformadores
UNIDAD 5 - Transformadores
2015
Maquinas elctricas
Tabla de contenido
INTRODUCCION.............................................................................................. 3
DESARROLLO.................................................................................................. 4
5.1- Definicin fundamental de un transformador.....................................4
5.2- Anlisis de un transformador ideal......................................................6
5.3- Estudio de la transferencia mxima de potencia por los dispositivos
igualadores de impedancia....................................................................6
5.4- Estudio para la obtencin del circuito equivalente del transformador
con ncleo de hierro...............................................................................8
5.5- Anlisis para la regulacin de voltaje con cargas en factor de
potencia................................................................................................. 9
5.6- Clculo de la eficiencia del transformador con carga a factor de
potencia............................................................................................... 10
Unitario.................................................................................................. 10
En atraso................................................................................................ 10
En adelanto............................................................................................ 11
5.7- Estudio de autotransformadores monofsicos..................................12
Principio de operacin............................................................................12
5.8- Conexin de trasformadores monofsicos en arreglos trifsicos......14
Conexiones trifsicas de transformadores.............................................14
Conexin estrella-delta..........................................................................14
Conexin delta-estrella..........................................................................15
Conexin delta-delta.............................................................................. 16
Conexin estrella-estrella.......................................................................16
5.9- Conexin de transformadores monofsicos en arreglos de
autotransformadores trifsicos............................................................18
Conexin en estrella..............................................................................18
Conexin en delta.................................................................................. 18
Conexin en delta abierta......................................................................19
5.10- Relaciones de transformaciones.....................................................20
Delta abierta.......................................................................................... 20
FUENTES DE CONSULTADAS.........................................................................21
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Lzaro Crdenas Mich.
Maquinas elctricas
INTRODUCCION
El transformador constituye la parte principal de una subestacin elctrica, es
quizs una de las mquinas elctricas de mayor utilidad que jams se hayan
inventado, nos permite aumentar o disminuir la tensin elctrica en un sistema
de corriente alterna, puede aslan un circuito entre s. Adems de que nos
permite el transporte y distribucin de la energa elctrica desde las plantas de
generacin hasta las industrias y casas habitacin, de una manera segura; por
lo que resulta importante conocer su definicin, principio de funcionamiento y
operacin del mismo.
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DESARROLLO
5.1-
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5.2-
5.3-
Prdidas en el cobre.
Prdidas por corrientes parsitas.
Prdidas por histresis.
Prdidas por flujos de dispersin.
Algunos autores clasifican estas prdidas en dos grandes grupos que son
prdidas magnticas y prdidas en el cobre. Las tareas magnticas ocurren en
el ncleo y son las prdidas por corriente parsita y por histresis. La prdida
por corriente parsita se puede reducir si se utiliza en la construccin del
transformador laminaciones muy finas. Las prdidas por histresis dependen
en cambio del tipo de acero con el cual fue construido el ncleo. Estas prdidas
estn definidas para cada transformador que se fabrica y se consideran
constantes o fijas para un transformador dado.
Las prdidas en el cobre conocidas tambin como prdidas de potencia
elctrica estn determinadas por los devanados primario y secundario, y varan
con el cuadrado de la corriente en cada devanado.
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Maquinas elctricas
5.4-
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En la figura 4.13 se muestra el modelo del circuito equivalente exacto de un
transformador en donde se puede observar como el esquema del ncleo magntico ha
sido reemplazado por el smbolo de un transformador ideal indicado lnea punteada en
la figura.
5.5-
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5.6-
Unitario.
La eficiencia de un transformador puede variar en funcin de la potencia
aparente y del factor de potencia de la carga conectada en el secundario. En
funcin del tipo de carga ser la magnitud de las prdidas registradas en el
transformador. Debido a que las prdidas en el ncleo se consideran fijas
deficiencias en transformador est en funcin de las prdidas registradas en el
cobre debido a la resistencia del conductor.
En caso de tener una carga meramente resistiva, las prdidas sern mnimas y
el transformador tendr una eficiencia mayor, tal como se puede observar en la
figura 4.22.
En atraso.
Cuando se tiene una carga con factor de potencia inductivo o en atraso, las
prdidas en el transformador debido a la resistencia del cobre son mayores y
por lo tanto la eficiencia el transformador disminuye, tal como se aprecia en la
figura 4.22.
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En adelanto.
En el caso de tener cargas tipo capacitivo o en adelanto, las prdidas del
transformador seran mnimas y se tendra la mejor eficiencia, sin embargo
como sabemos la carga que predomina en sistema elctrico industrial, es la
carga inductiva que proviene de los motores instalados en la industria. La carga
capacitiva proviene de capacitores o motores sncronos que son utilizados
como elementos para la correccin del factor de potencia.
Un factor potencia capacitivo tampoco es muy recomendable en un sistema
elctrico industrial debido a que esto provocara una sobre tensin en la
instalacin, con el riesgo de causar daos a equipos en su nivel de aislamiento.
En general podemos decir que la eficiencia del transformador depende
principalmente del tipo de carga conectada y del porcentaje de carga en el
transformador, es decir; si un transformador se utiliza para valores pequeos de
carga siendo de una capacidad grande, su eficiencia decrecer de manera
significativa. Lo mismo ocurrir si dado un transformador con cierta potencia
aparente se le colocan valores altos de carga.
Y como vimos anteriormente una carga con factor potencia inductiva, baja la
eficiencia del transformador, en la figura 4.22 puede apreciarse, como a medida
que factor de potencia se incrementa a la unidad la eficiencia del transformador
aumenta.
Figura 4.22 Influencia del factor de potencia de la carga sobre la eficiencia del transformador.
(I. L. Kosow, en Mquinas elctricas y transformadores, pg.581).
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5.7-
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Existen otros casos donde no se requiere de voltaje con ajuste continuo, en
este caso se emplean derivaciones fijas para cambiar la relacin de vueltas.
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5.8-
Los trasformadores monofsicos son los que tienen mayor uso los sistemas de
distribucin de energa elctrica, su principal aplicacin es en cargas
monofsicas, sin embargo se pueden hacer arreglos trifsicos para alimentar
cargas trifsicas, aunque generalmente cuando se tienen cargas trifsicas se
instalan trasformadores trifsicos
Conexiones trifsicas de transformadores.
En la figura 4.26 se pueden observar las conexiones ms comunes que pueden
conformarse con un banco de trasformadores monofsicos o bien directamente
con trasformadores trifsicos.
Conexin estrella-delta
En la figura 4.26a se aprecia una conexin trifsica estrella-delta, este tipo de
conexin se utiliza generalmente como se desea reducir de alta a media o baja
tensin, teniendo la posibilidad de tener un hilo puesto tierra en el lago de alta
tensin. Se recomienda no utilizar esta conexin, se tienen cargas
desequilibradas en las fases.
En esta conexin los voltajes primarios de lnea y de fase guardan la siguiente
relacin:
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Conexin delta-estrella.
En la figura 4.26b se observa una conexin delta-estrella, esa conexin es
utilizada por lo general para la elevacin de tensin.
En esta conexin los voltajes primario de lnea y de fase guardan la siguiente
relacin:
mientras que los voltaje en el devanado secundario
tanto de lnea como de fase son iguales a,
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Conexin delta-delta.
En la figura 4.26c se observa una conexin delta-delta, esa conexin tiene la
ventaja de que en caso de emergencia pudiera eliminarse un transformador ya
sea por avera o para su mantenimiento mientras los otros los transformadores
monofsico los seguiran funcionando como un grupo trifsico con la nica
limitante de la reduccin de potencia a un 58% de la del grupo completo, a esta
conexin suele llamarse la conexin delta abierta o conexin en V.
En esta conexin los voltajes primarios de lnea y de fase guardan la siguiente
relacin:
Mientras que los voltajes en el devanado secundario tanto de lnea como de
fase son iguales,
Por lo que las tensiones de lnea del primario y secundario mantiene la
siguiente relacin
Conexin estrella-estrella.
En la figura 4.26d, se aprecia una conexin estrella-estrella, esta conexin se
utiliza muy raramente debido a los problemas relacionados con las corrientes
de excitacin. En esta conexin el voltaje primario de fase es
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Por lo tanto la relacin de voltaje del transformador es
en esta conexin las corrientes de fase como de lnea tanto en el primario como en el
secundario son iguales, por lo tanto su relacin de transformacin es
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5.9-
Figura 4.27 Autotransformadores conectados en estrella. (E. E. Staff del MIT, en Circuitos
Magnticos y transformadores, pg.578).
Conexin en delta.
En la figura 4.29 se aprecia la conexin de tres trasformadores monofsico
convencionales como autotransformador en conexin delta. Una de las limitantes de
esta conexin es que los ngulos de las tensiones de lnea de los secundarios no
concuerdan con las tensiones de lnea de los primarios. Y la mayor relacin de
transformacin que se recomienda es de 2:1.
Figura 4.28 Autotransformadores conectados en delta. (E. E. Staff del MIT, en Circuitos
Magnticos y transformadores, pg.579).
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Figura 4.29 Autotransformadores conectados en delta abierta. (E. E. Staff del MIT, en Circuitos
Magnticos y transformadores, pg.580).
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5.10-
Relaciones de transformaciones.
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Fuentes de consultadas.
L. Kosow, Transformadores, en Mquinas elctricas y transformadores, 2 Ed.,
Mxico: Revert, 1993, Cap. 13, pp. 593-
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