UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÈCTRICA
Laboratorio de máquinas eléctricas 1
Tema: TRANSFORMADORES AREQUIPA – PERÚ 2017
Tema:
TRANSFORMADORES
Objetivo: Reconocer el funcionamiento del transformador Marco teórico El transformador es una maquina eléctrica estática, destinada a funcionar con corriente alterna, constituida por dos arrollamientos, primario y secundario, qué permite transformar la energía eléctrica, con unas magnitudes V-I determinadas, a otras con valores en general diferente. La importancia de los transformadores transformadores s e debe, a que gracias a ellos ha sido posible posible el enorme desarrollo de la industria eléctrica, al haberse logrado la realización practica y económica de transporte de energía eléctrica a grandes distancias. 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 impedancias entre la salida de un circuito y la entrada de otro [Jesus Fraile Mora , 2008,está en la página 181]
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PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVO_ Un transformador básicamente está construido de una parte activa que la componen el núcleo, la bobina y sus accesorios.
a) Parte activa Esta parte lo componen los devanados y el núcleo. núcleo. Devanados También llamados arrollamientos, son los encargados de recibir la tensión (estos son arrollamiento primario) y de entregarlo (son los arrollamientos secundarios). El devanado primario y el secundario forman el circuito eléctrico del transformador, se construyen independientemente con un alambre de cobre o aluminio en forma de de espiras. Al terminar terminar de arrollar quedan dos dos puntas que se se llaman principio y fin del devanado. Núcleo
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Es el soporte mecánico sobre en el que se enrollan los devanados y al mismo tiempo lo que permite que al energizar el transformador (también se dice alimentador o entregar tensión) por el devanado primario ‘’aparezca otra tensión en el secundario’’ mediante un fenómeno natural llamado inducción magnética. El
núcleo forma el circuito magnético del transformador y es construido basándose en aceros especiales.
b) Accesorios Según sea el uso o aplicación aplicación del transformador, transformador, los accesorios para los transformadores pueden ser: tanque aisladores, herrajes, conmutador, indicador nivel de aceite, termómetros, rieles, aceite, valvular alivio de presión, ruedas, tanque de expansión, etc. 1. Relé buchholz: Es un aparato de protección del transformador que puede accionar una alarma en caso de fallas leves y que puede sacar de servicio al transformador en caso de fallas graves. Las fallas que puede detectar son todas aquellas que producen aumento de temperatura capaz de hacer ebullir el aceite y producir burbujas; tal es el caso de un cortocircuito interior. Solo puede ir en transformadores que lleven tanque de expansión. 2. Deshumectador de silica-gel: la expansión y contracción contracción del volumen del aceite hacen que el transformador necesite ‘’respirar’’ el aire del medio ambiente, el cual contiene humedad que
al penetrar al interior ocasionaría degeneración del aceite y oxidación interior, este deshumectador contiene gránulos de una sustancia deshidratante que son paso forzado del aire, absorbiendo toda su humedad.
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3. Válvula de sobrepresión: Es una protección contra explosión del transformador ocasionada por aumento de presión cuando ocurren fallas o cortocircuitos. Hay dos tipos: Contacto alarma y/o disparo (para desconectarse desconectarse el transformador transformador ) Pequeña sin contactos 4. Indicador de nivel : Es un medio exterior de conocer el nivel (altura) a la que se encuentra el líquido en el tanque con el fin de descubrir fugas o aumentos excesivos en el volumen por calentamientos. Hay dos tipos: tipo flotador mostrando el nivel por medio de una aguja en un dial, y de vidrio, donde se observa directamente el interior del tanque. 5. Termómetro: Indica la temperatura en la parte superior del aceite. Los tenemos en dos tipos: con tacto de alarma y /o disparo y sin contacto. Ambos poseen un indicador de la máxima temperatura que ha alcanzado el transformador desde la última inspección. 6. Conmutador de derivaciones: derivaciones: Colocado con el fin de regular el voltaje de salida el transformador cuando ocurren variaciones en el voltaje primario. Estos son de accionamiento exterior. 7. Placa de características características Donde aparecen consignados todos los datos particulares del transformador, tales como corrientes por las líneas, pesos, conexiones eléctricas,etc.
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8. Caja para terminales del circuito de control A donde van todos los terminales de los contacts de alarma y /o disparo que poseen el revelador buchholz, la valvula de sobrepresión, termómetros,etc. Los elementos encargados de dar alarma como bombillas, sirenas, pitos,etc. Deben ser conectados desde esta caja. 9. Tanque de expansión Es un tanque elevado con respecto al tanque principal del transformador y conectado por una tubería con este (en esta tubería se instala el Rele buchholz), su finalidad es prevenir el envejecimiento prematuro del aceite; solo se usa en transformadores transformadores de potencia mayores a 2,5 MVA o en casos en los que el clientes lo desee. 10.
Caja terminal o ducto para aisladores
Es una cámara donde van van albergados los aisladores aisladores terminales para alta tension o baja tension con el fin de protegerlos en un medio ambiente hostil, deben cumplir distancias distancias eléctricas mínimas mínimas y clave de circulación circulación generalmente IP 20 IP 28.
c) Aditamentos mecánicos Constituidos por los tornillos, ángulos, apoyos y demás piezas que permiten el armado y el ajuste de la parte activa.
d) El tanque Contiene todo el anterior, lo protege del medio ambiente y debe estar en capacidad de evacuar el calor producido por las pérdidas de energía propias de su funcionamiento. funcionamiento.
e) El aceite
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Toda máquina al calentar se calienta; el aceite refrigera la parte activa evacuando el calor generado en ella, sirviendo al mismo tiempo como elemento aislante. Hay transformadores llamados secos, que reemplazan el aceite por aire. CLASIFICACION CLASIFICACION DE UN TRANSFORMADOR Los transformadores se clasifican de diversas formas a saber: a) Según su uso aplicación
Potencia: pueden ser elevadores o reductores de voltaje. Distribución: son reductores de tensión Medida: al igual que los de distribución, los transformadores transf ormadores de medida también son reductores de tensión. Aislamiento: no elevan ni reducen el voltaje, solo hacen un acople magnético.
b) Según su sistema de refrigeración Secos: de tipo abierto o sellado Liquido: aceite mineral, líquidos de alto punto de ignición, etc. c) Según su número de fase en : Monofásicos Trifásicos Otro(bifásicos ,exafasicos,zig-zag,etc ,exafasicos,zig-zag,etc
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Transformadores de potencia SEGÚN SU FUNCIONALIDAD
Transformadores de comunicaciones Transformadores de medida Monofásicos
POR LOS SISTEMAS
Trifásicos Trifásicos-hexafásicos
DE TENSIONES
Trifásicos-dodecafásicos Trifásicos-monofásicos Elevadores SEGÚN TENSIÓN
Reductores
SECUNDARIO
Interior SEGÚN MEDIO
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Intemperie
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En seco SEGÚN ELEMENTO
En baño de aceite Con pyraleno
REFRIGERANTE
Natural SEGÚN REFRIGERACIÓN
Forzada
LA VIDA UTIL DE UN TRANSFORMADOR
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Un transformador, si es operado en las condiciones normales estipuladas en la placa de características y garantizadas por el fabricante, pueden durar un mínimo de 20 años .esto es obviamente bajo el supuesto que el transformador se encuentre adecuadamente protegido y mantenido.
ESPECIFICACIONES ESPECIFICACIONES DE UN TRANSFORMADOR a) uso o aplicación del transformador: residencial o industrial. b) Tipo de montaje: montaje: exterior en poste o sobre sobre piso; interior en sótano, o pisos pisos superiores. c) Carga a aplicar al transformador en KVA d) tensión de la red de alimentación: usualmente 22,900; 20,000; 13000; 10,000 voltios. e) Tipo de servicio: monofásico o trifásico. f) Tensión de uso en el secundario: secundario: 440v, 380v 380v (para sistema trifásico) trifásico) o 220-110 voltios (para sistema monofásico) Para especificar correctamente un transformador, debe tenerse en cuenta como mínimo los siguientes puntos: Potencia o capacidad expresada en KVA Numero de fases: monofásico o trifásico Conexión: Dy,Dd,Yy,etc Refrigeración: tipo en seco o liquido Tensión primaria Tensión secundaria Otros *** [Mg. Amancio R. Rojas Flores, pdf]
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PÉRDIDAS EN UN TRANSFORMADOR.
Pérdidas en el cobre: Perdidas por calentamiento en los devanados primario y secundario. (I2R) Pérdidas por corrientes parasitas: Pérdidas por calentamiento resistivo en el núcleo del transformador. transformador. Las pérdidas por corrientes de Foucault y por histéresis, estos son llamadas pérdidas en el hierro. La pérdida por histéresis está relacionado con el reordenamiento de los dominios magnéticos en cada ciclo. Flujos disperso: Flujos que escapan del núcleo. Producen una autoinducción que se opone y se modela como inductancias. Corriente de magnetización en un transformador En vacío por el primario fluye una corriente. Esta corriente es la requerida para producir flujo en un núcleo ferromagnético real. Esta corriente tiene dos componentes:
a) La corriente de magnetización: requerida para producir el flujo en el núcleo del transformador. b) La corriente de pérdidas en el núcleo, requerida por el fenómeno de histéresis y por las corrientes parásitas.
Histéresis
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Corrientes de Foucault Las corrientes de Foucault se producen en cualquier material conductor cuando se encuentra sometido a una variación del flujo magnético
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Corriente de magnetización en un transformado
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FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL
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CIRCUITO EQUIVALENTE Reducción primario:
Valores instantáneos Régimen senoidal
Referida al primario
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Corriente vacío o de excitación
Por lo tanto:
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ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR TRANSFORMADOR ENSAYO DE VACIO :
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ENSAYO DE CORTO CIRCUITO:
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Pcc Z cc
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Rcc I 1cc
V 1cc I 1 cc
X cc
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Z cc
C OS cc
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Rcc
P cc V1cc I
1cc
Rcc X cc
R1
X1
R '2
X '2
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RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
[FEDERICO MILANO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, AUTOMÁTICA Y COMUNICACIONES ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES UNIVERSIDAD DE CASTILLA - LA MANCHA CAMPUS UNIVERSITARIO S/N E-13071 CIUDAD REAL ESPAÑA- 2008]
[ JESUS JESUS FRAILE MORA , 2008,ESTÁ EN LA PÁGINA 207]
AUTOTRANSFORMADOR
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Es un transformador con una sola bobina y una derivación en su devanado. Su construcción es más simple y se utiliza para aumentar o disminuir levemente el voltaje. La ventaja principal es que las pérdidas de potencia son mucho menores que en un simple transformador.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS AUTOTRANSFORMADORES AUTOTRANSFORMADORES LAS PRINCIPALES SON LAS SIGUIENETES: VENTAJAS
Dimensiones más reducidas Costos más bajos Mejor regulación Eficiencia más alta Corriente de excitación más reducida
DESVENTAJAS Mayores corrientes de cortocircuito por disminuir su impedancia de corto circuito. Conexión eléctrica entre el primario y secundario
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Esta desventaja es muy importante y limita el uso del autotransformador notablemente, pues solamente se le puede utilizar en circuitos que tienen tensiones del mismo orden de magnitud. Un ejemplo para elevar una tensión en un 10 % o alimentar un motor de 220 v de una red de 110 v. APLICACIONES DE UN AUTOTRANSFORMADOR AUTOTRANSFORMADOR Las principales aplicaciones de los autotransformadores son como reguladores de tensión de distribución eléctrica, es decir para compensar caídas de tensión tensión elevando ésta en determinado determinado punto de la red en un 10% a 20%. También se utilizan bastantes para el arranque de motores trifásicos de inducción. Para limitar la corriente de arranque se alimenta el motor normalmente con una tensión reducida de 50% a 75% de la tensión normal y luego cuando ha adquirido velocidad se le aplica la plena tensión. [ING. DARIO BIELLA-BIANCHI D. / 1981/MAQUINAS ELECTRICAS 1 /ESTA EN LA PAGINA 314 Y 315] TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS La energía eléctrica se distribuye casi en su totalidad mediante redes trifásicas, ya que así se obtiene una mayor economía en el costo de las instalaciones. Debido a esto los transformadores monofásicos se deben conectar en diferentes formas para poder transformar energía trifásica o sino es necesario utilizar transformadores trifásicos. Estos son desde el punto de vista eléctrico eléctrico iguales a las combinaciones combinaciones monofásicas, aunque aunque
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Constructivamente y desde el punto de vista del circuito magnético difieren Constructivamente notablemente. [ING. DARIO BIELLA-BIANCHI D. / 1981/MAQUINAS ELECTRICAS 1 /ESTA EN LA PAGINA 314 Y 315]
La transformación de tensiones y corrientes en los sistemas trifásicos pueden realizarse de dos maneras distintas. De acuerdo a la estructura del núcleo del transformador trifásico, la más empleada son los siguientes:
Transformador con sistema magnéticos acoplados: es denominado Transformador transformador de tres columnas o núcleo trifásico; que tiene una asimetría en los circuitos magnéticos, lo que origina que las tres corrientes de excitación no sean iguales.
Transformador con sistemas magnéticos independientes, denominados también banco de transformación trifásica a base de transformadores monofásicos o grupo transformador trifásico. En
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este caso se tienen tres circuitos magnéticos independientes, por lo que las corrientes de excitación serán iguales.
VENTAJAS DEL TRANSFORMADOR DEL NUCLE 3 SOBRE LOS GRUPOS MONOFASICOS
Ocupan menos espacio Son más livianos Son más baratos Hay solo una unidad de conectar y proteger
DESVENTAJAS
Mayor peso unitario
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Cualquier falla inutiliza toda la transformación de 3 lo que obliga a tener una unidad o potencia de reserva mayor
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
a)
Conexión estrella: esta forma de conexión, se refiere para operaciones con tensiones elevadas (o muy altas) por resultar más económico.
b)
Conexión triangular:
c)
Conexión estrella – estrella – estrella: estrella: empleado cuando se desee disponer de neutro en baja
empleada para transformadores de potencia elevada y tensiones moderadas o corrientes elevadas.
y cuando no se prevean grandes corrientes de desequilibrio desequilibrio (fase neutro). neutro). Útil para transformadores con potencias pequeñas o moderadas a tensiones elevadas.
Conexión estrella - triangulo: adecuado como transformador
d)
reductor (cuando no se requiere puesta a tierra en el secundario). No genera armónicas de tensión. Se recomienda mayormente para tensiones secundarias relativamente bajas que motiva corrientes elevadas.
e)
Conexión triangulo- estrella: empleado
f)
Conexión estrella – – zeta: solo se emplea en transformadores de distribución de
como transformador elevador. No es generador de terceras armónicas de tensión. No motiva flujos por el aire en caso de cargas desequilibradas ni traslados de neutro. reducida potencia. Puede operar con neutro secundario, admitiendo toda clase de desequilibrios y las tensiones secundarias no presenta terceras armónicas. Mg. Amancio R. Rojas Flores, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA MARTA, CHIMBOTE – PERÚ (NFORME).
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BIBLIOGRAFIA
[ JESUS JESUS FRAILE MORA , 2008,ESTÁ EN LA PÁGINA 181]
[ING. DARIO BIELLA-BIANCHI D. / 1981/MAQUINAS ELECTRICAS ELECTRICAS 1 /ESTA EN LA PAGINA 314 Y 315] MAQUINAS ELÉCTRICAS, TERCERA EDICIÓN, STEPHEN J. CHAPMAN
http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/transformadores_3.pdf http://ingenieros.es/files/proyectos/trafo.pdf (FEDERICO MILANO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, AUTOMÁTICA Y COMUNICACIONES ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES UNIVERSIDAD DE CASTILLA - LA MANCHA CAMPUS UNIVERSITARIO S/N E-13071 CIUDAD REAL ESPAÑA- 2008]
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