El Transformador de Potencia Monofasico Conectado Como Autotransformador

Laboratorio de Máquinas Eléctricas

EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA MONOFASICO CONECTADO COMO AUTOTRANSFORMADOR MARCO TEÓRICO En un autotransformador, la porcin com!n del de"anado !nico act!a como parte tanto del de"anado #primario# como del #secundario#$ La porcin restante del de"anado recibe el nombre de #de"anado serie# % es la que proporciona la diferencia de tensin entre ambos circuitos circuitos,, mediante la adicin en serie con la tensin del de"anado com!n La transferencia de potencia potencia entre entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a tra"és de dos fenmenos& el acoplamiento ma'nético (como en un transformador com!n) % la cone*in 'al"ánica (a tra"és de la toma com!n) entre los dos circuitos +e i'ual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador$ La relacin de transformacin de un autotransformador es la relacin entre el n!mero de "ueltas del de"anado completo (serie  com!n) % el n!mero de "ueltas del de"anado com!n$ -or e.emplo, con una toma en la mitad del de"anado se puede obtener una tensin de salida (en el de"anado #com!n#) i'ual a la mitad del de la fuente (o "ice"ersa)$ +ependiendo +ependiendo de la aplicacin, aplicacin, la porcin del de"anado que se utili/a slo para el circuito de alta tensin se puede fabricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porcin del de"anado com!n a ambos circuitos0 de esta manera la máquina resultante es a!n más econmica$ Tenemos Tenemos dos tipos de cone*in, cone*in, como reductor reductor % como ele"ador A1TOTRA234ORMA+OR COMO RE+1CTOR Como se puede "er en la 5'ura, el transformador tiene una tensin de entrada ma%or a la de salida por lo que se considera como reductor$


A1TOTRA234ORMA+OR COMO ELE6A+OR -arecido al caso anterior el autotransformador se cambi de posicin para que la tensin de entrada sea por la parte donde en la anterior era la salida % de a78 se puede "er que la tensin de salida en la nue"a cone*in aumentara$

O9O& Recordar que para que autotransformador funcione Adecuadamente los dos de"anados deben tener el mismo sentido de bobinado$ CALC1LO +E TE23IÓ2, CORRIE2TE : -OTE2CIA +EL A1TOTRA234ORMA+OR -rimero utili/aremos como modelo la si'uiente 5'ura&


+onde se puede "er que el autotransformador está actuando como reductor$ Entonces tendremos como tensin de entrada total& =

: una corriente que circula por el de"anado com!n i'ual a& =

Como se sabe que&

V1 = 

1

÷ .V

2

Reempla/amos en la ecuacin de la tensin total tendremos&

VT

=  + 1÷ .V  N   N + N  = ÷ .V 1

2

2

VT

1

2

2

-ara el caso de las corrientes tenemos&

i1 = 

2

÷ .i

2

Reempla/ando en la ecuacin de la corriente que circula en el de"anado com!n tendremos&


ic

=  ÷ .i + i =  N    N + N  = ÷ .i 2

2

2

1

ic

2

2

N 1

+÷1 .i 

2

1

2

-ara el caso de la potencia aparente tendremos&

2

.

c

 N + N   ÷ .i 

S ' = 

2

1

2

.V 2

Como se sabe que la potencia en el bobinado serie % com!n es& =

.

=

.

Entonces comparando las dos ecuaciones de potencia aparente tendremos&

S'=

2

+ 1÷ .S

6E2TA9A3 3olo un porcenta.e de la ener'8a se trasmite por induccin El autotransformador por sus caracter8sticas se "iene a ser de menor tama;o por lo que ocupar8a menor espacio E*iste menor

Las perdidas eléctricas siempre son menores que las perdidas ma'néticas El autotransformador tiene ma%or rendimiento El autotransformador 'enera más potencia que un transformador normal de especi5caciones similares Tiene una tensin de cortocircuito peque;a lo que plantea el incon"eniente de que la corriente en caso de corto circuito es ele"ada Trans5ere más potencia que un transformador normal

+E36E2TA9A3 La principal des"enta.a de los autotransformadores es que a diferencia de los transformadores ordinarios 7a% una cone*in f8sica directa entre el circuito primario % el secundario, por lo que se pierde el aislamiento eléctrico en ambos lados$ -eli'ro del corte de una espira, lo que producir8a que el secundario quede sometida a la tensin del primario Conduccin 'al"ánica entre el primario % secundario =a.a re'ulacin de tensin debido a su ba.a impedancia equi"alente +ebido a la construccin eléctrica del dispositi"os, la impedancia de entrada del autotransformador es menor que de un transformador com!n Esto no es nin'!n problema durante el funcionamiento normal de la máquina, pero si por al'una ra/n se produce un cortocircuito a la salida La salida del transformador no está aislada con la entrada, este se "uel"e inse'uro para la persona que lo opera$ 2o tienen aislamientos en los primarios % secundario A-LICACIO2E3 Los autotransformadores se utili/an a menudo en sistemas eléctricos de potencia, para interconectar circuitos que funcionan a tensiones diferentes, pero en una relacin cercana a >&? (por e.emplo, @ B6  >D B6  ?D B6  FF B6)$ En la industria, se utili/an para conectar máquinas fabricadas para tensiones nominales diferentes a la de la fuente de alimentacin (por e.emplo, motores de @ 6 conectados a una alimentacin de F 6)$ 3e utili/an también para conectar aparatos, electrodomésticos % car'as menores en


cualquiera de las dos alimentaciones más comunes a ni"el mundial (?G?D 6 a >G>H 6)$ En sistemas de distribucin rural, donde las distancias son lar'as, se pueden utili/ar autotransformadores especiales con relaciones alrededor de ?&?, apro"ec7ando la multiplicidad de tomas para "ariar la tensin de alimentacin % as8 compensar las apreciables ca8das de tensin en los e*tremos de la l8nea$ 3e utili/an autotransformadores también como método de arranque sua"e para motores de induccin tipo .aula de ardilla, los cuales se caracteri/an por demandar una alta corriente durante el arranque$ 3i se alimenta el motor conectándolo a la toma menor de un autotransformador, la tensin reducida de la alimentacin resultará en una menor corriente de arranque % por lo tanto en condiciones más se'uras de operacin, tanto para el motor como para la instalacin eléctrica$ 1na "e/ que el motor 7a alcan/ado su5ciente "elocidad, se puede ir aumentando la tensin de alimentacin (en tantos pasos como tomas posea el autotransformador) 'radualmente, 7asta lle'ar a la tensin de la red (cuando la relacin de tomas es ?&?)$ En sistemas ferro"iarios de Alta "elocidad e*isten métodos de alimentacin duales tales como el conocido como >*>H B6$ En este, los transformadores de las subestaciones alimentan a >H B6 a la catenaria, a G>H B6 (en realidad >H B6 desfasados ?) al feeder o alimentador ne'ati"o % con la toma intermedia o neutro puesta al carril$ Cada cierto tiempo, ? Bm t8picamente, se conectan autotransformadores con H B6 en el primario (entre catenaria % feeder ne'ati"o) % >H B6 en el secundario (entre feeder ne'ati"o % carril)$ +e esta manera, la car'a (trenes) se encuentra alimentada a >H B6 entre catenaria % carril pero la ener'8a se transporta a H B6, reduciendo las pérdidas$

ACTI6I+A+E3 ?) -rimero para este laboratorio tendremos que 7allar la polaridad de los dos trasformadores de JDH6AK que "amos a utili/ar, donde se cumplirá que&


−

>) A7ora armaremos el circuito de la si'uiente 5'ura&

Obteniendo los si'uientes resultados&


Ientrada (Amp)

Icc (Amp)

6cc (6)

-cc (att)

?$F>

D$>@

$@

?>

A7ora calculamos la impedancia de cortocircuito&

R1 =

=

cc 2

2

= 4.5725 Ω

A7ora 7allamos la impedancia equi"alente&

Z 1 =

cc

.

=

= 4.6296 Ω

Con esto podemos 7allar la reactancia de cortocircuito&

1

=

−

1

1

=

.

−

.

A7ora calculamos para el otro lado del transformador&

R2 =

cc

2

=

2

1.1431 Ω =

A7ora 7allamos la impedancia equi"alente&

Z 2 =

cc

.

=

= 1.1574 Ω

Con esto podemos 7allar la reactancia de cortocircuito&

2

= =

2

−

2

=

.

−

.


A7ora podemos 7allar la impedancia equi"alente&

cc

=

cc

=

m

1

m

1

2

=

2

.

=

.

.

.

A7ora 7allamos el "alor de Ncc nominal para calcular el "alor -$1$

Zccn =

Z pu =

n

= 138.3648Ω

=

real

=

.

= 0.0669

Ientrada (Amp)

Icc (Amp)

6cc (6)

-cc (att)

Ncc modulo ()

Ncc (-$1$)

?$F>

D$>@

$@

?>

P$>HP>

$FFP

D) A7ora calculamos la potencia de salida de las si'uientes 5'uras con la formula que %a 7allamos en el marco terico&


S'=

2

+ 1÷ .S = 

+ 1÷ .350 = 875 VA

S'=

2

+ 1÷ .S = 

+ 1÷ .350 = 1400 VA

@) +espués armamos el si'uiente circuito de la 5'ura&


Icc (Amp)

Ientrada (Amp)

Isalida (Amp)

6cc (6)

-cc (att)

@$P

?$F

?$F@

$H

?>

-ara 7allar la impedancia de corto circuito utili/aremos su circuito equi"alente&

A7ora como se puede apreciar me.or la cone*in, para 7allar la impedancia utili/aremos la si'uiente formula&

Z cc =

cc

=

.

= 4.6875Ω

A7ora 7allamos el "alor de Ncc nominal para calcular el "alor -$1$

Zccn =

Z pu =

n

= 138.3648Ω

=

real

=

.

= 0.0339


Icc (Amp)

Isalida (Amp)

6cc (6)

-cc (att)

Ncc(-$1$)

@$P

?$F@

$H

?>

$DDP

C1E3TIO2ARIO 1. Un transformador y un autotransformador de poten!as nom!na"es y tens!ones !#ua"es. $Cu%" ree Ud. &ue t!ene menos osto y por'ue(

El autotransformador seria menos costoso, debido a que este debido a su forma presenta menor tama;o se n!cleo, además que solo tiene un bobinado, su impedancia era menor como autotransformador que como transformador como e demostr anteriormente, es más fácil de construir % presenta menos cobre$ ). Las !mpedan!as de orto!ru!to en one*!+n ad!t!,a y en one*!+n sustrat!,a son !#ua"es( $Por 'u-(

3i tiene la misma impedancia porque al transformador por más que se le cambie la cone*in, sus impedancias permanecerán i'uales, lo que cambia la impedancia de cortocircuito será el aumento del n!mero de "ueltas al de"anado$ . D!/u0ar e" !ru!to e'u!,a"ente refer!do a uno de sus "ados de" autotransformador.


. $Cu%"es son "as ,enta0as y des,enta0as de usar un transformador ,ersus un autotransformador(

-ara el autotransformador tenemos& 6E2TA9A3 3olo un porcenta.e de la ener'8a se trasmite por induccin


El autotransformador por sus caracter8sticas se "iene a ser de menor tama;o por lo que ocupar8a menor espacio E*iste menor

2o tienen aislamientos en los primarios % secundario 2. $Cu%"es son "as pre,!s!ones 'ue se de/en tomar uando un transformador de poten!a se 'u!ere 3aer tra/a0ar omo autotransformador(

-rimero 7a% que tener en cuenta que el autotransformador, a una falla en la l8nea, no solo afectara al autotransformador sino que también afectara a la car'a por lo que 7a% que considerar este peli'ro, después el requerimiento de más potencia a la car'a, entre otros factores pero el más importante será que el autotransformador no prote'erá a la car'a$ O=3ER6ACIO2E3 : CO2CL13IO2E3 3e puede concluir que la potencia en un autotransformador es ma%or que en un transformador$ 3e puede "eri5car la disminucin de la resistencia de cortocircuito en el autotransformador$ 3e puede apreciar una ma%or corriente de salida en el autotransformador que el transformador$ 3e puede "er que el autotransformador puede ser usado como ele"ador % como reductor$

=I=LIOQRA4IA 7ttp&es$slides7are$net-edro?@Hautotransformadores 7ttps&es$iBipedia$or'iBiAutotransformador 7ttp&$mono'ra5as$comtraba.osPDlosGautotransformadoreslosG autotransformadores$s7tml 7ttp&$nic7ese$comtransGauto?$7tml 7ttp&patricioconc7a$ubb$cltransformadoresautotransformador$7tm 7ttps&es$scribd$comdoc>H>P?F@CircuitoGEqui"alenteGdelG Autotransformador

El Transformador de Potencia Monofasico Conectado Como Autotransformador

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