PREPARADOS POR : RAUL QUISPE BUENDIA ANGARAES- 2013 A Nuestros Queridos Padres Porque lo Merecen por Todo el Esfuerzo que ellos Realizan para Poder Darnos el Tesoro Ms Preciado que es la Educacin. 2 Presentacin. El transformador es un aparato que transfiere energa, sirve para transformar voltajes, corrienteseimpedancias;Enuntransformadoridealsehacenlassiguientes suposiciones:LacurvaB-Hdelmaterialdelncleoeslinealydeunsolovalor.La permeabilidad del ncleo es muy grande, u. El ncleo no tiene prdidas. Los transformadores con ncleos ferromagnticos poseen caractersticas de saturacin y de histresis. Es difcil obtener un circuito equivalente exacto para un transformador dencleodehierroquerepresenteconsuficienteaproximacinlasdiferentes condiciones de operacin. Unautotransformadoressimplementeuntransformadorordinarioquetienelos arrollamientosprimarioysecundarioconectadosenserie.Lasdosbobinasson alimentadas desde una fuente de tensin mientras que la carga se conecta a una de las bobinas o viceversa. Susfuncionessonanlogasalasdeuntransformador,ladetransformar(reflejar) tensiones, corrientes e impedancias. Alta tensin. Mayor a 25 kV. Se emplea para transportar energa a grandes distancias, desde los centros de generacin hasta las subestaciones de transformadores.Mediatensin.Seempleaparatransportartensionesde1kVhasta25kVdesdelas subestaciones hasta los transformadores de baja tensin. Bajatensin.Tensionesinferioresa1kV,quesereducemsparausarlaenerga elctricaenlaindustria,hogares,alumbradopblico.Ennuestropaselvoltajeque llega a nuestros domicilios es de 220 voltios yen la industria puede ser de 220, 380 y 440 voltios, dependiendo del trabajo. 3 ndice general Dedicatoria02 Introduccin03 ndice general04 Transformadores05 Transformadores monofsicos05 Constitucin y clasificacin06 Tipos de Transformadores09 El transformador ideal.10 El transformador real.12 La corriente de magnetizacin13 Circuitos equivalentes14 Ensayo de cortocircuito17 Autotransformadores18 El Autotransformador Ideal19 Circuitos Equivalentes del Autransformador Real19 Ventajas y Desventajas 20 Transformadores trifsicos20 Grupos de conexin.21 Trabajo en paralelo22 Corriente de Vaco de un Transformador23 Corriente de Cortocircuito25 Ventajas y Desventajas26 Bibliografa27 4 TRANSFORMADORES 1. Transformadores monofsicos. 1.1. Introduccin. Esundispositivoqueseencargade"transformar"latensindecorrientealternaque tiene a la entrada en otra diferente a la salida. Estedispositivosecomponedeunncleodehierrosobreelcualsehanarrollado variasespiras(vueltas)dealambreconductor.Esteconjuntodevueltassellaman bobinasysedenominarn:"primario"alaquerecibelatensindeentraday "secundario" a aquella que dona la tensin transformada. Labobina"primaria"recibeunatensinalternaqueharcircular,porella,una corrientealterna.Estacorrienteinducirunflujomagnticoenelncleodehierro. Como el bobinado "secundario" est arrollado sobre el mismo ncleo de hierro, el flujo magnticocircularatravsdelasespirasdeste.Alhaberunflujomagnticoque atraviesalasespirasdel"secundario"segenerarporelalambredelsecundariouna tensin.Habracorrientesihubieraunacarga(sielsecundarioestuvieraconectadoa unaresistencia,porejemplo).Larazndelatransformacindetensinentreel bobinado"PRIMARIO"yel"SECUNDARIO"dependedelnmerodevueltasque tenga cada uno. La relacin de transformacin es de la forma spspTTNN= Donde Np, Ns son el nmero de espiras y Tp yTs son lastensiones delprimario y del secundario respectivamente entonces:psp sNNV V =Untransformadorpuedeserelevadororeductor,dependiendodelnmerodeespiras de cada bobinado.Sisesuponequeeltransformadoresideal(lapotenciaqueseleentregaesigualala que se obtiene de l, se desprecian las prdidas por calor y otras), entonces: 5 Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps Sitenemoslosdatosdeintensidadytensindeundispositivo,sepuedeaveriguarsu potencia usando la siguiente frmula. Potencia (P) = Tensin (V) x Intensidad (I) P = V x I (W) Aplicamosesteconceptoaltransformadorydeducimosquelanicamanerade mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando la tensin se eleve la intensidad disminuya en la misma proporcin y viceversa. Entonces: psspIINN= As, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip (intensidad enelprimario),Np(espirasenelprimario)yNs(espirasenelsecundario)seutiliza siguiente frmula: spp sNIN I = 1.2. Constitucin y clasificacin. Duranteeltransportedelaenergaelctricaseoriginanprdidasquedependendesu intensidad. Para reducir estas prdidas se utilizan tensiones elevadas, con las que, para la misma potencia, resultan menores intensidades. Por otra parte es necesario que en el lugardondeseaplicalaenergaelctrica,ladistribucinseefecteatensionesms 6 bajasyademsseadaptenlastensionesdedistribucinalosdiversoscasosde aplicacin.La ventaja que tiene la corriente alterna frente a la continua radica en que la corriente alterna se puede transformar con facilidad.La utilizacin de corriente continua queda limitadaaciertasaplicaciones,porejemplo,paralaregulacindemotores.Sin embargo,lacorrientecontinuaadquiereenlosltimostiemposunasignificacin creciente, por ejemplo para el transporte de energa a tensiones muy altas.Paratransportarenergaelctricadesistemasquetrabajanaunatensindadaa sistemasquelohacenaunatensindeseadaseutilizanlostransformadores.Aeste proceso de cambio de tensin se le "llama transformacin". El transformador es un dispositivo que convierte energa elctrica de un cierto nivel de voltaje,enenergaelctricadeotroniveldevoltaje,pormediodelaaccindeun campo magntico. Est constituido por dos o ms bobinas de alambre, aisladas entre si elctricamenteporlogeneralyarrolladasalrededordeunmismoncleodematerial ferromagntico.Elarrollamientoquerecibelaenergaelctricasedenomina arrollamientodeentrada,conindependenciasisetratadelmayor(altatensin)o menor tensin (baja tensin). El arrollamiento del que se toma la energa elctrica a la tensin transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del transformador se denominan lado de entrada y lado de salida. El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del ncleo de hierro. El ncleo se construye de hierro porque tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magntico. 7 En un transformador, el ncleo tiene dos misiones fundamentales: Desde el punto de vista elctrico y esta es su misin principal- es la va por que discurre el flujo magntico. A travs de las partes de la culata conduce el flujo magntico siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra.Desde el punto de vista mecnico es el soporte de los arrollamientos que en l se apoyan. Para generar el flujo magntico, es decir, para magnetizar el ncleo de hierro hay que gastar energa elctrica. Dicha energa elctrica se toma del arrollamiento de entrada. Elconstantecambiodemagnetizacindelncleodehierrooriginaprdidas.Estas prdidaspuedenminimizarseeligiendotiposdechapaconunbajocoeficientede prdidas. Adems,comoelcampomagnticovararespectoaltiempo,enelhierroseoriginan tensionesquedanorigenacorrientesparsitas,tambinllamadasdeFoucault.Estas corrientes,asociadasalaresistenciahmicadelhierro,motivanprdidasquepueden reducirseempleandochapasespecialmentefinasaisladasentres(apiladas).En cambio, en un ncleo de hierro macizo se produciran prdidas por corrientes parsitas excesivamente grandes que motivaran altas temperaturas.Elflujomagntico,peridicamentevariableeneltiempo,originadoporlacorriente que pasa a travs del arrollamiento de entrada induce en el arrollamiento de salida una tensin que vara con la misma frecuencia. 8 Tipos de Transformadores Segn funcionalidadTransformadores de potencia Transformadores de comunicaciones Transformadores de medida Por los sistemas de tensiones Monofsicos Trifsicos Trifsicos-exafsicos Trifsicos-dodecafsicos Trifsicos-monofsicos Segn tensin secundarioElevadores Reductores Segn medioInterior Intemperie Segn elemento refrigeranteEn seco En bao de aceite Con pyraleno Segn refrigeracinNatural Forzada 9 1.3. El transformador ideal. Un transformador ideal es una mquina sin prdidas, con una bobina de entrada y una bobinadesalida.Lasrelacionesentrelastensionesdeentradaydesalida,yentrela intensidaddeentradaydesalida,seestablecemediantedosecuacionessencillas.La figura muestra un transformador ideal. El transformador tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambreensuladosecundario.LarelacinentrelatensinVP (t)aplicadaallado primario del transformador y la tensin VS(t) inducido sobre su lado secundario es VP(t) / VS(t) = NP / NS = a En donde a se define como la relacin de espiras del transformador. La relacin entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es 10 NP * iP(t) = NS * iS(t)iP(t) / iS(t) = 1 / a En trminos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son VP / VS = a IP / IS = 1 / a Lasecuacionesanterioresdescribenlarelacinentrelasmagnitudesylosngulosde lastensionesylasintensidadessobrelosladosprimariosysecundariosdel transformador, pero dejan una pregunta sin respuesta: dado que la tensin del circuito primario es positiva en un extremo especfico de la espira, cul sera la polaridad de la tensindelcircuitosecundario?Enlostransformadoresrealesseraposibledecirla polaridadsecundaria,solosieltransformadorestuvieraabiertoysusbobinas examinadas.Paraevitaresto,lostransformadoresusanlaconveccindepuntos.Los puntos que aparecen en un extremo de cada bobina muestran la polaridad de la tensin y la corriente sobre el lado secundario del transformador. La relacin es como sigue: Si la tensin primaria es positiva en el extremo punteado de la bobina con respecto al extremonopunteado,entonceselvoltajesecundariosertambinpositivoenel extremo punteado. Lapotenciasuministradaaltransformadorporelcircuitoprimarioseexpresapor medio de la ecuacin Pent = VP * IP * cos Lapotenciaqueelcircuitosecundariosuministraasuscargasseestableceporla ecuacin: Psal = VS * IS * cos Puestoquelosngulosentrelatensinylaintensidadnoseafectanenun transformadorideal,lasbobinasprimariaysecundariadeuntransformadorideal tienen el mismo factor de potencia. 11 La potencia de salida de un transformador ideal es igual a su potencia de entrada. La misma relacin se aplica a la potencia reactiva Q y la potencia aparente S. Qent = VP *IP *sen = VS *IS *sen = Qsal 1.4. El transformador real. Paraentenderelfuncionamientodeuntransformadorreal,refirmonosalafigura. Esta nos muestra un transformador que consiste en dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un ncleo del transformador. Labobina primaria del transformador est conectada a una fuente de tensin de ca y la bobina secundaria est en circuito abierto. La base del funcionamiento del transformador se puede derivar de la ley de Faraday eent = d| / dt En donde | es el flujo magntico ligado de la bobina, a travs de la cual se induce la tensin.Elflujoligadototaleslasumadelosflujosquepasanporcadavueltadela bobina, sumando tantas veces cuantas vueltas tenga dicha bobina:|= f i 12 El flujo magntico total que pasa por entre una bobina no es slo Nf , en donde N es el nmerodeespirasenlabobina,puestoqueelflujoquepasaporentrecadaespiraes ligeramentediferentedelflujoenlasotrasvueltas,ydependedelaposicindecada una de ellas en la bobina. Sinembargo,esposibledefinirunflujopromedioporespiraenlabobina.Sielflujo magntico total de todas las espiras es l y si hay N espiras, entonces el flujo promedio por espira se establece por f = l / N Figura : Curva de histresis del transformador yla ley de Faraday se puede escribir. La corriente de magnetizacin Cuandounafuentedepotenciadecaseconectaauntransformadorfluyeuna corriente en su circuitoprimario,auncuandosucircuitosecundarioestencircuitoabierto. Estacorrienteeslacorrientenecesariaparaproducirunflujoenelncleo ferromagntico real. Consta de dos componentes: 1.La corriente de magnetizacin im, que es la corriente necesaria para producir el flujo en el ncleo del transformador.2.Lacorrientedeprdidasenelncleoih+e,queeslacorrientenecesariapara compensar las prdidas por histresis y corrientes parsitas.Lacorrientedemagnetizacineneltransformadornoessinusoidal.Los componentes de ms alta frecuencia en la corriente de magnetizacin se deben a la saturacin magntica en el ncleo del transformador. 13 Una vez que la intensidad mxima de flujo alcanza el punto de saturacin en el ncleo, un pequeo aumento en la intensidad pico de flujo requiere un aumento muy grande en la corriente de magnetizacin mxima.La componente fundamental de la corriente de magnetizacin retrasa la tensin aplicada al ncleo en 90.1.5. Circuitos equivalentes. Lasprdidasqueocurrenenlostransformadoresrealestienenqueexplicarseen cualquier modelo fiable de comportamiento de transformadores: Prdidas(FR)enelcobre.Prdidasenelcobresonprdidasporresistenciasenlas bobinas primaria y secundaria del transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente de dichas bobinas.Prdidasdecorrientesparsitas.Lasprdidasporcorrientesparsitassonprdidas porresistenciaenelncleodeltransformador.Sonproporcionalesalcuadradodela tensin aplicada al transformador.Prdidasporhistresis.Lasprdidasporhistresisestnasociadasalos reacomodamientos de los dominios magnticos en el ncleo durante cada medio ciclo. Ellos son una funcin compleja, no lineal, de la tensin aplicada al transformador.Flujo dedispersin. Los flujos f LP y f LS que salen del ncleo y pasan solamente a travsdeunadelasbobinasdetransformadorsonflujosdedispersin.Estosflujos escapadosproducenunautoinductanciaenlasbobinasprimariaysecundariaylos efectos de esta inductancia deben tenerse en cuenta. Esposibleconstruiruncircuitoequivalentequetengaencuentatodaslas imperfecciones principales de los transformadores reales. Cada imperfeccin principal se considera a su turno y su efecto se incluye en el modelo del transformador. Portanto,elcircuitoequivalentesedebereferir,bienasuladoprimarioobienal secundarioenlasolucindeproblemas.Lafiguraeselcircuitoequivalentedel transformador referido a su lado primario. 14 Los modelos de transformadores, a menudo, son ms complejos de lo necesario con el objeto de lograr buenos resultados en aplicaciones prcticas de ingeniera. Una de las principales quejas sobre ellos es que la rama de excitacin de los modelos aade otro nodo al circuito que se est analizando, haciendo la solucin del circuito ms compleja de lo necesario. La rama de excitacin tiene muy poca corriente en comparacin con la corriente de carga de los transformadores. 2. Transformadores monofsicos.2.1. Tensin de cortocircuito. Deuntransformador,eslatensinqueseproduceenelladodeentrada,paraque estandoelladodesalidadeltransformadorencortocircuito,circulelaintensidad nominal. Se indica como tensin de cortocircuito Ux referida en tanto por ciento a la tensin nominal de entrada. 2.2. Regulacin de tensin. Paraobtenerlaregulacindetensinenuntransformadorserequiereentenderlas cadas de tensin que se producen en su interior. Consideremos el circuito equivalente del transformador simplificado: los efectos de la rama de excitacin en la regulacin de tensindeltransformadorpuedeignorarse,portantosolamentelasimpedanciasen serie deben tomarse en cuenta. La regulacin de tensin de un transformador depende 15 tantodelamagnituddeestasimpedanciascomodelngulofasedelacorrienteque circula por el transformador. VP / a = VS + REQ IS + j XEQ IS Ahoravemosundiagramafasorialconunfactordepotenciaigualauno.Aqu nuevamente se ve que la tensin secundaria es menor que laprimaria, de donde VR = 0. Si la corriente secundaria est adelantada, la tensin secundaria puede ser realmente mayor que la tensin primaria referida. Si esto sucede, el transformador tiene realmente una regulacin negativa como se ilustra en la figura. 2.3. Ensayo de vaco. Lapotenciaabsorbidaporeltransformadortrabajandoenvacoesaproximadamente igualalasprdidasenelhierro(lasnominalessiseaplicalatensinnominalenel primario) y se desprecian las pequeas prdidas que puede haber en el cobre. LapotenciaP0queabsorbeeltransformadorenvacolaindicaelvatmetroW.La lecturadelampermetroAproporcionalacorrienteI0absorbidadesdeelprimarioy 16 losvoltmetrosV1yV2indican,respectivamente,latensinVo 1alaquehemos conectado el transformador y la tensin Vo 2 de circuito abierto en el secundario. 2.4. Ensayo de cortocircuito. Serealizaponiendoeltransformadorencortocircuitoporunodelosdos arrollamientos.Despusaplicamosalotroladounatensinreducidahastaquepase por este lado del transformador la corriente nominal. 2.5. Rendimiento. Los transformadores tambin se comparan y valoran de acuerdo con su eficiencia. La eficienciaorendimientodeunartefactosepuedeconocerpormediodelasiguiente ecuacin: q = PSAL / PENT * 100 % q = PSAL / ( PSAL + PPRDIDA ) * 100 % Esta ecuacin se aplica a motores y generadores, as como a transformadores. Loscircuitosequivalentesdeltransformadorfacilitanmucholosclculosdela eficiencia. Hay tres tipos de prdidas que se representan en los transformadores: Prdidas en el cobre.Prdidas por histresis.Prdidas por corrientes parsitas.Paracalcularlaeficienciadeuntransformadorbajocargadada,slosesumanlas prdidas de cada resistencia y se aplica la ecuacin:q = PSAL / ( PSAL + PPRDIDA ) * 100 % 3. Autotransformadores Unautotransformadoressimplementeuntransformadorordinarioquetienelos arrollamientos primario y secundario conectados en serie. Las dos bobinas son alimentadas desde una fuente de tensin mientras que la carga se conecta a una de las bobinas o viceversa. 17 Susfuncionessonanlogasalasdeuntransformador,ladetransformar(reflejar) tensiones, corrientes e impedancias. 3.1. El Autotransformador Ideal Suponemos la no existencia de flujos de dispersin Despreciamos la resistencia de las bobinas: R1= R2 0 Reluctancia del circuito magntico nula = 0 () Lasecuacionessonidnticasalasobtenidasparaeltransformadorideal,luego podemos establecer una analoga. 3.2. Circuitos Equivalentes del Autransformador Real La admitancia de excitacin se halla con la prueba de circuito abierto. La impedancia de dispersin se halla mediante la prueba de cortocircuito El Transformador Ordinario Como Autotransformador 18 Las relaciones de transformacin son diferentes. Las corrientes IN1 e IN2 de los arrollamientos son iguales en ambas configuraciones. ST = potencia aparente del transformador SA= potencia aparente del autotransformador IN1=ST/VN1, IN2=ST/VN2 FuncionandocomoautotransformadorlascorrientesIN1eIN2podransiempre recorrer los arrollamientos. La regulacin es directamente proporcional a la impedancia equivalente porcentual. La corriente de excitacin permanecer igual si se alimenta el autotransformador desde el secundario. Ventajas de los Autotransformadores Frente al Transformador Ordinario a)Dimensin ms reducida b)Costos ms bajos c)Eficiencia ms alta. d)Corriente de excitacin ms reducida e)Mejor regulacin Desventajas Frente al Transformador a)Mayorescorrientesdecortocircuitopordisminuirsu impedancia de cortocircuito. b)Conexin elctrica entre el primario y el secundario Estasdesventajassonmuyimportantesporquelimitaelusodelautotransformador notablemente pues solamente se le puede utilizar en circuitos que tienen tensiones del mismo orden de magnitud. Por ejemplo para elevar una tensin en un 10%. 19 Aplicaciones de los Autotransformadores Las principales aplicaciones son como reguladores de tensin en distribucin elctrica, esdecirparacompensarcadasdetensinelevandostaendeterminadopuntodela redenun10%-20%.n138.Tambinseutilizaparaelarranquedemotores3de induccin. Para limitar la corriente de arranque se alimenta el motor normalmente con una tensin reducida del 50% al 75% de la tensin nominal y cuando ya ha adquirido velocidad se le aplica la tensin plena. 4. Transformadores trifsicos 4.1. Introduccin. TransformadorconSistemasMagnticosAcoplados,queesdenominadocomo transformadordetrescolumnasoncleotrifsico;quetieneunaasimetraenlos circuitosmagnticos,loqueoriginaquelastrescorrientesdeexcitacinnosean iguales. Transformador con Sistemas Magnticos Independientes, denominado tambin banco detransformacintrifsicaabasedetransformadoresmonofsicosogrupo transformadortrifsico.Enestecasosetienentrescircuitosmagnticos independientes, por lo que las corrientes de excitacin sern iguales. Casitodoslossistemasimportantesdegeneracinydistribucindepotenciadel mundo son, hoy en da, sistemas de corriente alterna trifsicos. Puesto que los sistemas trifsicosdesempeanunpapeltanimportanteenlavidamoderna,esnecesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella. Los transformadores para circuitos trifsicos pueden construirse de dos maneras. Estas son: 1)Tomandotrestransformadoresmonofsicosyconectndolosenun grupo trifsico.2)Haciendountransformadortrifsicoqueconsisteentresjuegosde devanados enrollados sobre un ncleo comn Paraelanlisisdesucircuitoequivalente,convienerepresentarcadaunodelos transformadoresmonofsicosquecomponenunbancotrifsicoporuncircuito equivalente. Como los efectos de las capacidades de los devanados y de los armnicos delascorrientesdeexcitacinsuelenserdespreciables,podrutilizarsecualquierade los circuitos equivalentes deducidos para el caso de los monofsicos. 20 En ellos, el transformador est representado, como en el teorema de Thvenin, por su impedancia en cortocircuito en serie con su tensin en circuito abierto; la razn de las tensionesencircuitoabiertoestrepresentadaporuntransformadorideal;ylas caractersticas de excitacin estn representadas por la admitancia en circuito abierto. Elcircuitoequivalentedeunbancotrifsicodetransformadorespuedetrazarse conectandoloscircuitosequivalentesdelasunidadesdeacuerdoconlasconexiones del banco. Por ejemplo, en la figura a puede verse el circuito equivalente de un banco estrella-estrellayenlafigurabuncircuitoequivalentedeunbancotringulo.LasY representan las admitancias en circuito abierto o de excitacin y las Z las impedancias en cortocircuitos o equivalentes. 4.2. Constitucin. Al tratar del transformador trifsico suponemos que sus devanados, tanto de alta como debajatensin,sehallanconectadosenestrella.Segnlaaplicacinaquesedestine untransformador,debenconsiderarselasposibilidadesdeestablecerotrasconexiones distintas,lascualesofrecensobretodoespecialintersdesdeelpuntodevistadel acoplamiento en paralelo con otros transformadores. 21 4.3. Grupos de conexin. Las combinaciones bsicas que han de ser tenidas en cuenta por lo que se refiere a sus particularidadesparalosacoplamientosenparalelo,formanesencialmentecuatro grupos.Cadagruposecaracterizaenparticularporeldesfasequeelmtodode conexin introduce entre la f.e.m. primaria y las homlogas secundarias. N Grupo Smbolo ConexionadoPrimario SecundarioPrimario Secundario 0 Dd0 Yy0 Dz0 5Dy5 Yd5 Yz5 6 Dd6 Yy6 Dz6 11 Dy11 Yd11 Yz11 En esta tabla se detallan los grupos de conexiones normalizados para transformadores de potencia trifsicos. 4.4. Trabajo en paralelo. 22 Elfuncionamientoenparalelodedosomstransformadoresseproducecuando ambossehallanunidosporsusdevanadosprimariosyporlossecundarios. Prcticamente,esnecesariodistinguirelcasodequeestauninseainmediatamente directasobreunasmismasbarrasmnibusobienqueseefecteatravsdelargas lneasenlareddedistribucin:lacondicinsobrelaigualdaddelastensionesde cortocircuitotieneimportanciasolamenteenelprimercaso,yaquelosconductores intermedios existentes en el caso de una red tienden a regularizar la distribucin de la carga de los transformadores.Lostransformadorespuedenacoplarseenparaleloporsussecundarios,porlos primariosobienporlosprimariosysecundariosalavez.Cuandolainstalacinlo permita,enlascentralesporejemplo,espreferibleadoptarlaprimerasolucin,que aadelaimpedanciainternadelostransformadoresladelosgeneradores,siempre considerable,ylareparticindelacargaenproporcindebidaentrelosdistintos grupos es ms fcil de obtener. Las restantes condiciones que han de cumplirse para que el funcionamiento sea posible y se realice de modo prctico, son las siguientes: 1)Losdesfasessecundariosrespectoalprimariohandeserigualesparalos transformadores quehayan de acoplarse en paralelo. 2) Elsentidoderotacindelasfasessecundariashadeserelmismoentodos ellos. 3) Las relaciones entre las tensiones de lneas han de ser idnticas. 4) Lascadasdeimpedanciaparalastensionesdecortocircuito,debentenerlos mismosvaloresrelativosparatodoslostransformadores,siendopreferible adems que esta igualdad se cumpla por separado para las cadas hmicas y las f.e.m.s. de reactancia. 4.5. Transformadores de proteccin, demedida y autotransformadores Lostransformadoresdemedida,tanampliamenteempleadosenlatcnicadelas medidas elctricas,satisfacen la necesidad primordialde aislar de los circuitos de alta tensin los aparatos o instrumentos de trabajo, que as podrn funcionar nicamente a tensiones reducidas. Los transformadores de tensin convierten generalmente el voltaje dealtaa100Venelsecundario(algunasveces,a110).Losdeintensidadseparan tambinelcircuitodemedidadeldealtatensin.Almismotiempo,estosltimos transformadoresreducenlacorrientedelcircuitoprimarioalvalornormalde5A, raras veces a 1 A, en el circuito secundario, loque viene a darles importancia incluso enlasinstalacionesdebajatensin,particularmentecuandonoesposiblecolocarel ampermetroenellugarpordondepasanlosconductoresprincipales,sinoquehade situarseadistanciadeellos.Tambinpermitenlostransformadoresdeintensidad 23 hacerusodeunmismoaparatodemedidaencircuitosdistintos,comosucede especialmente en los laboratorios. Losautotransformadoresseusannormalmenteparaconectardossistemasde transmisindetensionesdiferentes,frecuentementeconundevanadoterciarioen tringulo.Demaneraparecida,losautotransformadoressonadecuadoscomo transformadoreselevadoresdecentralescuandosdeseaalimentardossistemasde transportediferentes.Enestecasoeldevanadoterciarioentringuloesundevanado de plena capacidad conectado al generador y los dos sistemas de transporte se conectan al devanado, autotransformador. CORRIENTE DE VACO DE UN TRANSFORMADOR Si no consideramos la saturacin (CIRCUITO MAGNTICO LINEAL) ni el ciclo de histresis,larelacinentre0iyelflujorespondealaleydeHOPKINSONy ambos fasores estarn en fase. Ri N0 1= u LaNOLINEALIDADdelcircuitomagntico(CODODESATURACIN)implica quelaintensidadabsorbidasedeformar.Esadeformacinsertantomayorcuanto ms se haya sobrepasado el codo de saturacin (+ H). ElCICLODEHISTRESISimplicaquelaintensidadabsorbidaseadelantarcon respecto al flujo (prdidas Fe). El circuito fasorial ser: Eladelantode 0Isobreelflujosetraduceenquesu descomposicinenlosejesdereferenciadalugarados componentes. Voltmetro, ampermetro y vatmetro nos permiten determinar 0. ) cos( ) (0 0 1 0 1 = I U P 24 I j I sen I j I IFein magnetizac deo reactiva componenteVprdidas lasde activa componenteVexcitacin de ovacio de corriente = = 0 0 0cos ELECTROMOTRIZ(1E)ycorrespondeaaquellaporcindelaintensidaddevaco que da lugar a una energa disipada igual a la del ciclo de histresis. Esa intensidad se modela como aquella absorbida por una resistencia, con una potencia calorfica igual a la del ciclo de histresis, cuando se le aplica una tensin 1E (I tiene de fase 0). Todotransformadorsediseaparafuncionarbajounascondicionesdeservicio denominadas NOMINALES. TENSIN NOMINAL: Un 1, Un 2 INTENSIDAD NOMINAL: In 1, In 2 POTENCIA NOMINAL: Sn 1 Estosparmetrosnospermitendeterminarlosvaloresdelcircuitoequivalentedel transformador mediante dos ensayos. ENSAYOS DEL TRANSFORMADOR ENSAYO DE VACO ENSAYO DE CORTOCIRCUITO 1. TENSIN DE CORTOCIRCUITO: 0 =ccU Nos estamos refiriendo a un cortocircuito provocado en laboratorio: | | ) ( ) (1 1V Z I jX R I Ucc n cc cc n cc = + = 2. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO: n ccI I1= 25 Nos estamos refiriendo a un cortocircuito accidental. ccnnccnccnccccccnccIIUUIIUZ yZUIc11111= = )`= = Ventajas del transformador de ncleo 3 sobre los grupos monofsicos: 1. Ocupan menos espacio. 2. Son ms livianos. 3. Son ms baratos. 4. Hay solo una unidad que conectar y proteger. Desventajas: 1. Mayor peso unitario. 2. Cualquier falla inutiliza toda la transformacin 3 lo que obliga a tener una unidad o potencia de reserva mayor. Los devanados, tanto primario como secundario, pueden estar acoplados en: Estrella (Y, y) Triangulo (D, d) Zeta (Z, z), tambin denominado conexin zigzag. 26 Bibliografa Electrotecnia general y aplicada/Moeller-Werr, Barcelona - Editorial Labor, 1998 Mquinas elctricas / Stephen J. Chapman; revisin tcnica Jos Demetrio Martnez, Juan Yedra Morn - Bogot - McGraw-Hill, 1987 Transformadores de potencia, de medida y de proteccin / Enrique Ras Oliva Barcelona, Marcombo-Boixareu, 2004