Transformadores - Clases Conversión Electromecánica de Energía

TRANSFORMADORES

TRANSFORMADORES

1: Intr Introd oduc ucci ción ón a los los tran transf sfor orma mado dore ress 2: Condiciones de vacío. 3: Transformador Transformador Ideal: Efecto de la corriente secundaria 4: Reactancias del transformador y circuitos equivalentes. 5: Análisis del transformador 6: Autotransformadores: Transformadores Transformadores multidevanado

TRANSFORMADORES

1: Intr Introd oduc ucci ción ón a los los tran transf sfor orma mado dore res s 2: Condiciones de vacío. 3: Transformador Transformador Ideal: Efecto de la corriente secundaria 4: Reactancias del transformador y circuitos equivalentes. 5: Análisis del transformador 6: Autotransformadores: Transforma Transformadores dores multidevanado

TRANSFORMADORES El transformador estático no es dispositivo de conversión energética. Es un componente representativo en los SEP que permite transferir la energía eléctrica mediante diferentes niveles de voltaje. El transformador está formado por dos o más circuitos acoplados por medio de un circuito magnético común. Es decir, es un dispositivo que implica bobinas acopladas magnéticamente. Para su funcionamiento requiere la existencia de la variación de un flujo mutuo compartido con dos devanados con un medio de acoplamiento (aire, o núcleo de hierro) Bajo costo, bajas pérdidas y densidades de flujo alta como 1.5 T

TRANSFORMADORES Flujo magnético

I1

I2

V1

V2

Secundario

Primario Núcleo magnético aislada

Transformador elevador: V2>V1, I2
El transformador no modifica la potencia que se transfiere, tan sólo altera la relación entre tensiones y corrientes Se utilizan en redes eléctricas para convertir un sistema de tensiones (mono - trifásico) en otro de igual frecuencia y > o < tensión La conversión se realiza sin pérdidas Pot entrada  Pot salida Las intensidades son inversamente proporcionales a las tensiones en cada lado Transformador reductor: V2I1

Los valores nominales que definen a un transformador son: Potencia aparente (S), Tensión (V), I (corriente) y frecuencia (f)

TRANSFORMADORES Aceite

Seco

TRANSFORMADORES El transformador tipo núcleo los devanados se enrollan alrededor de dos columnas de un núcleo magnético rectangular.

El devanado conectado a la fuente se le denomina devanado primario; mientras que el devanado que se conecta a la carga se denomina secundario. La fem inducida depende del número de vueltas así de acuerdo al nivel de voltaje puede ser transformador elevador y reductor. El transformador tipo blindado o acorazado los devanados se enrollan alrededor de la columna central pierna del núcleo de tres columnas. Incrementar el acoplamiento entre las bobinas.

TRANSFORMADORES

1: In Intr trod oduc ucci ción ón a lo los s tr tran ansf sfor orma mado dore res s 2: Condiciones de vacío.

3: Transformador Transformador Ideal: Efecto de la corriente secundaria 4: Reactancias del transformador y circuitos equivalentes. 5: Análisis del transformador 6: Autotransformadores: Transforma Transformadores dores multidevanado

Condiciones de Vacío Transformador con secundario abierto

Escuela Politécnica Nacional "Dr.

9

Condiciones de Vacío Transformador con secundario abierto

i2=0

-

e2

Valor alor rms rms de e1

Despejo ϕmax y si se cons consid ider era a la resi resist sten enci cia a de la bobi bobina na ≈ 0. Entonces los valores rms E1 = V1

E2=√2 π f N2 ϕmax Tanto E1 y E2 están en fase


La tensión aplicada determina el flujo máximo de la máquina

10

Condiciones de Vacío Transformador con secundario abierto 1’’ 1’

2’=3’

CORRIENTE DE VACÍO i0

1

2

3

2’’

3’’

NO se considera el ciclo de histéresis CON EL FLUJO Y LA CURVA BH SE PUEDE

DEBIDO A LA SATURACIÓN DEL MATERIAL LA CORRIENTE QUE ABSORBE EL TRANSFORMADOR

Condiciones de Vacío Transformador con secundario abierto Diagrama fasorial en condiciones de vacío Donde: E1 y ϕ son los valores rms de la fem inducida y el flujo Iφ = Corriente de excitación (vacío) adelanta al flujo. Ic = Corriente de pérdida en el núcleo. Im = Corriente magnetizante. ϴc = Ángulo de fase. Considerando el ciclo de histéresis Pérdidas núcleo

Sin considerar la histéresis I φ está en fase con ϕ

Ejemplo 2.1. La pérdida del núcleo y los volts amperes para el núcleo que se presentan en la figura con un Bmax =1.5 T y 60 Hz se determina que son: Pc = 16 W, (VI)max = 20 VA y el voltaje inducido de 274/√2 = 194 V rms cuando el devanado era de 200 vueltas. Determine el factor de potencia, la corriente de pérdidas en el núcleo I c, y l a corriente magnetizante Im.


13

Ejemplo 2.1 b El núcleo de un transformador de dos devanados como el de la figura (a), esta sujeto a la variación de flujo de la figura (b). Cuál es la fem inducida en cada devanado?


14

TRANSFORMADORES

1: Introducción a los transformadores 2: Condiciones de vacío. 3: Transformador Ideal: Efecto de la corriente secundaria

4: Reactancias del transformador y circuitos equivalentes. 5: Análisis del transformador 6: Autotransformadores: Transformadores multidevanado

Transformador Ideal y la carga Un transformador ideal es un dispositivo sin pérdidas que tiene un devanado de entrada y un devanado de salida.


16

Transformador Ideal y la carga

/


17

Transformador Ideal y la carga Dada la permeabilidad del núcleo es alta y que el voltaje principal aplicado establece el flujo de núcleo → El flujo del núcleo no cambia por la presencia de una carga en el lado secundario.

N2i2

N1i1

La fmm de excitación neta que actúa en el núcleo, no presentará variación. Escuela Politécnica Nacional "Dr.

18

Transformador Ideal y la carga


19

Transformador Ideal y la carga La potencia que suministra el devanado primario es igual a la del devanado secundario.   =   



=

 =





 

=

=





1    

 =   


20

=

Transformador Ideal y la carga: circuitos equivalentes


21

Transformador Ideal y la carga: circuitos equivalentes

/


22

Ejemplo 2.2. El circuito equivalente de la figura muestra un transformador ideal con una impedancia de R2 + jX2 = 1 + j4 Ω conectado en serie con el secundario. La proporción de vueltas es de N1/N2 = 5:1. a) Dibuje un circuito equivalente con la impedancia serie referida al lado primario. b) Para un voltaje primario de 120 Vrms y un corto conectado a través de los terminales a-b, calcule la corriente principal y la corriente que fluye en el corto.


23

Ejemplo 2.2.

24

Problema Práctico 2.1. Repita el inciso b) del ejemplo 2.2 para una impedancia serie de R2 + jX2 = 0.05+j0.97Ω y una relación de transformación de vueltas 14:1.


25

TRANSFORMADORES

1: Introducción a los transformadores 2: Condiciones de vacío. 3: Transformador Ideal: Efecto de la corriente secundaria 4: Reactancias del transformador y circuitos equivalentes.

5: Análisis del transformador 6: Autotransformadores: Transformadores multidevanado

Flujos mutuos y de dispersión en un transformador Circuito equivalente. Flujo total que vincula el devanado principal: • Flujo mutuo resultante. • Flujo de dispersión principal. Debido a que el patrón de dispersión es mayor a través del aire: • Este flujo y el voltaje inducido por dicho patrón , varían linealmente con la corriente primaria→ represento inductancia de dispersión primaria Resistencia Flujo de dispersión interna R1

I1(t)

Xl1 e1(t)

V1(t)

27

 (t)

Flujo de Resistencia dispersión interna Xl2 e2(t)

R2 I2(t)

Escuela Politécnica Nacional Devanado principal y secundario se ubican en"Dr. columnas opuestas del núcleo

V2(t)

Flujos mutuos y de dispersión en un transformador Voltaje terminal principal: Resistencia Flujo de dispersión interna I1(t) V1(t)

R1

 (t)

Xl1

Caída de voltaje en R1 (resistencia principal)

e1(t)

Caída por el flujo de dispersión principal fem (rms) inducida en el devanado principal por el flujo mutuo.


28

Etapas de desarrollo de un equivalente del transformador Este efecto puede emularse mediante una resistencia y una reactancia en paralelo I0 Ic

I0

Im 0

Rc

Xm

Ic

circuito

El núcleo tiene pérdidas que se reflejan en la aparición de las dos componentes de la corriente de vacío

Componente de pérdidas

Im

Componente magnetizante

Rc y Xm Impedancia de excitación Xm=2πf Lm Pérdida en el núcleo por el flujo mutuo.

Etapas de desarrollo de un equivalente del transformador

circuito

El devanado secundario mediante el flujo mutuo resultante induce una fem inducida E2

Mediante un transformador ideal que posee una caída de voltaje en R2 (resistencia del secundario). Y la caída por la reactancia de dispersión secundaria Xl2


30

Etapas de desarrollo de un equivalente del transformador Un transformador real contiene al transformador ideal con sus impedancias externas referidas al devanado primario o secundario mediante la relación de transformación.

Circuito equivalente T 31

circuito

Etapas de desarrollo de un equivalente del transformador

circuito

Circuito equivalente T

El circuito equivalente permite calcular todas las variables incluidas pérdidas y rendimiento

Los elementos del circuito equivalente se obtienen mediante ensayos normalizados

Una vez resuelto el circuito equivalente los valores reales se calculan deshaciendo la reducción al primario 32

Ejemplo 2.3. Un transformador de distribución de 50 kVA, 2400:240 V, 60 Hz presenta una impedancia de dispersión de 0.72 + j0.92 Ω en el devanado de alto voltaje y 0.0070 + j0.0090 Ω en el devanado de bajo voltaje. A un voltaje y frecuencia nominales, la impedancia Zϕ de la rama derivada (igual a la impedancia de R c y j Xm en paralelo) al medir la corriente de excitación es 6.32 + j43.7 Ω vista desde el lado de bajo voltaje. Dibuje el circuito equivalente referido a: a) El lado de alto voltaje, y b) El de bajo voltaje, además, identifique numéricamente las impedancias.


33

Ejemplo 2.3. Circuitos equivalents del transformador (a) lado de AV y (b) lado de bajo voltaje.


34

Problema Práctico 2.2. Si se aplican 2400 V rms al lado de alto voltaje del transformador que se cita en el ejemplo 2.3, calcule la magnitud de la corriente dentro de la impedancia magnetizante Zϕ en las figuras anteriores, respectivamente.


35

Ejemplo 2.3. a Un transformador ideal tiene un primario de 150 vueltas y un secundario de 750 vueltas. El primario esta conectado a una fuente de 240 V y 50 Hz. El secundario alimenta una carga de 4 A con un fp de 0.8 en atraso. Determine: a) b) c) d)

La relación de transformación La corriente en el primario La potencia suministrada a la carga El flujo en el núcleo.

Ejemplo 2.3. b El número de vueltas en el primario y secundario de un transformador ideal son 200 y 500 respectivamente. El transformador tiene las especificaciones de 10 kVA, 250 V y 60 Hz en el lado primario. El área de la sección transversal del núcleo es de 40 cm2. Si el transformador opera a plena carga con un factor de potencia de 0.8 en atraso, determine: a) b) c) d)

La densidad de flujo efectivo en el núcleo El voltaje secundario Las corriente en el primario y secundario, y; La impedancia de la carga en el lado secundario y transferida al lado primario.

Ejemplo 2.3. c La resistencia equivalente de la pérdida en el núcleo es 20k Ω y la reactancia de magnetización es 15kΩ. Si el transformador presenta las siguientes características: Una I2= 75 A con un fp en adelanto de 0.866, un V2= 230 V, una a= 10 Z1= 4 + 1 2 j Ω, Z2=0.04+0.12j Ω Determine la eficiencia del transformador

Prueba 2: I Bimestre 9 de Noviembre Examen I Bimestre 16 de Noviembre

TRANSFORMADORES

1: Introducción a los transformadores 2: Condiciones de vacío. 3: Transformador Ideal: Efecto de la corriente secundaria 4: Reactancias del transformador y circuitos equivalentes. 5: Análisis del transformador

6: Autotransformadores: Transformadores multidevanado

Aproximaciones de circuitos equivalentes

Impedancia Equivalente

Cálculos se simplifican

Circuitos Equivalentes: Rama de derivación referida al primario o secundario.

Desprecio Req

Circuitos Equivalentes: Desprecio Z de dispersión. Escuela Politécnica Nacional "Dr. Se denomina IMPEDANCIA SERIE EQUIVALENTE

40

Ejemplo 2.4. Considere el circuito equivalente T que se muestra en la figura para el transformador de 50 kVA, 2400:240 V en el cual las impedancias se refieren al lado lado de alto alto volt voltaj aje e. a) Esquematice el circuito equivalente simplificado con la rama en paralelo en la term termin inal al de alto lto volt volta aje. je. Calc Calcu ule y etiq etique uete te Req, eq, Xeq. Xeq. b) Con la terminal de circuito abierto de bajo voltaje, calcule el voltaje en la term termin inal al de bajo bajo volt voltaj aje e com como se pred predijijo o en cad cada circ circu uito ito equi equiva vale len nte. te.

41

Ejemplo 2.4.


42

Ejemplo 2.5. El transfor formador de 50 kVA, 2400:240 V, cuyo uyos parámetr metro os se encuentran ran en el ejemplo 2.3, se emplea para reducir el voltaje en la terminal de carga de un dispo sposit sitivo alimentador cuy cuya impedancia cia es de 0.30 + j1.60 Ω. El voltaje VS en el extremo transmisor sor es de 2400 V. Determine el voltaje en los terminales secun cundarios ios del tran transsfor formador cua cuando la carga que se conecta a él, toma la corriente de plena carga y el factor de potencia de la carga es de 0.8 en atraso. Ignore el descenso de voltaje en el tran transf sfo ormad rmado or y en el alim alimen enta tado dorr cau causad sado por por la corr corrie ient nte e de exci excita taci ción ón..


43

Ejemplo 2.5.


44

Problema Práctico 2.3. Repita el ejemplo 2.5 para una carga donde el valor numérico de la corriente extraída del transformador y el factor de potencia de la carga es de 0.80 de adelanto.


45

Diagrama Fasorial

Rendimiento =

 

=

  + é

Regulación de Voltaje La regulación de voltaje es una cantidad que compara el voltaje de salida de un transformador sin carga (en vacío) con el voltaje de salida a plena carga.

 =

2 sin  − 2   2  

Dos pruebas son útiles para determinar los parámetros equivalentes son las siguientes: Medir: Voltaje, Corriente y Potencia del primario con: a) Secundario cc b) Secundario ca


48

de los circuitos

Prueba de CC en el Secundario Condiciones ensayo:  (t)

I1n(t) A

Secundario en cortocircuito

I2n(t)

W

Vcc(t)

V2(t)=0

Voltaje del primario muy

reducido Frecuencia nominal

Corriente nominal I1n, I2n

Al ser el voltaje del ensayo muy bajo habrá muy poco flujo y, por tanto, las pérdidas en el hierro serán despreciables (P fe=kBm2) y Psalida es nula requiere cuidado yla entrada es pequeña. Pérdidas en el cobre

Resultados ensayo: Parámetros circuito

W

Rcc=R1+R2’

Xcc=X1+X2’

Resistencia de devanado y reactancias de dispersión

Prueba de CC en el Secundario ICC

VCC

ZCC

Prueba de CC en el Secundario Referidas al primario

ICC

|ZCC|

1

VCC ICC

VCC

→10-15% Vn

cc → In

RCC

2

XCC

PCC ICC2

|ZCC| 2 - RCC2

ZCC ≈

Medición de resistencia en cada devanado. Por criterio de << diseño óptimo>> Como aproximación, más NO es posible separarlas. 51

Prueba de CA en el Secundario Condiciones ensayo:

 (t)

Im(t) A

Primario en circuito abierto

I1(t)=0

W

V1(t)

V2(t)

Fuentes de bajo voltaje disponibles

Resultados ensayo:



Pérdidas en el hierro

W

Corriente de vacío (magnetización)

A

Parámetros circuito

Voltaje y frecuencia nominal

Rc, Xm Impedancia de Magnetización

Prueba de CA en el Secundario ICa

ICa

VCa

→

Vn

VCa

Eca

Vca ≈ Eca

ZCa


53

Prueba de CA en el Secundario Deberá tenerse cuidado al referir las diferentes impedancias que se midieron al mismo lado del transformador, con el fin de obtener un conjunto auto-consistente de parámetros. ICa

1

Vca

2

PCa

Eca

VCa

2

VCa

ZCa

Vca ≈ Eca

ZCa

Voc ≈ Eoc

→

General ignorar la impedancia de dispersión primaria Escuela Politécnica Nacional "Dr.

54

Ejemplo 2.6. Con la instrumentación colocado en el lado de alto voltaje y con un cortocircuito en el lado de bajo voltaje, las lecturas de la prueba de cortocircuito para el transformador de 50 kVA, 2400:240 V, que se cita en el ejemplo 2.3, son 48 V, 20.8 A y 617 W. Una prueba de circuito abierto con el lado de bajo voltaje energizado proporciona lecturas de dicho lado de 240 V, 5.41 A y 186 W. Determine el rendimiento y la regulación de voltaje a plena carga con factor de potencia de 0.8 en atraso.


55

Problema Práctico 2.4. Repita el cálculo de la regulación de voltaje del ejemplo 2.6 para una carga de 50 kW (carga nominal, factor de potencia unitario).


56

Ejemplo 2.6 a Se va a probar un transformador de 15 kVA y 2300/230 V para determinar los componentes de la rama de excitación, sus impedancias en serie y su regulación de voltaje. Se obtuvieron los siguientes datos de las pruebas realizadas al transformador:

a. Encuentre el circuito equivalente de este transformador referido al lado de alto voltaje. b. Encuentre el circuito equivalente de este transformador referido al lado de bajo voltaje c. Calcule la regulación de voltaje a plena carga con un factor de potencia de 0.8 en retraso, un factor de potencia de 1.0 y un factor de potencia de 0.8 en adelanto Escuela Politécnica Nacional "Dr.

57

Ejemplo 2.6 b

Un transformador de 120 kVA, 2400/240 V tiene los siguientes parámetros R1=0.75 Ω, X1= 0.8 Ω, R2= 0.01 Ω, X2=0.02 Ω. El transformador está diseñado para operar con eficiencia máxima de 70% de su carga especificada con un factor de potencia de 0.8 en atraso. Determine a) b) c) d)

La especificación de kVA del transformador a su eficiencia máxima La eficiencia máxima La eficiencia a plena carga, y; La resistencia equivalente de la pérdida en el núcleo. En ŋmax la Pcu esta determinada por corriente de la eficiencia máxima Pcu (ŋmax) = Icarga ŋmax*Req y esta pérdida es aproximadamente igual al P Fe La cual es diferente a la corriente a plena carga donde la Pcu= Iplena carga*Req

TRANSFORMADORES

1: Introducción a los transformadores 2: Condiciones de vacío. 3: Transformador Ideal: Efecto de la corriente secundaria 4: Reactancias del transformador y circuitos equivalentes. 5: Análisis del transformador 6: Autotransformadores: Transformadores multidevanado

Autotransformador  

 

Transformador de dos devanados (a). Diferencia, devanados aislados eléctricamente en el transformador, en el autotransformador están conectados juntos. Devanado bc es común en ambos circuitos. Devanado ab provisto aislamiento extra para prevenir el voltaje máximo del autotransformador.

De dos devanado

Como 61 un devanado

Autotransformador Se utilizan cuando se necesita una relación de transformación de 1,25 a 2. En ese caso son  SÍMBOLOS más rentables que los transformadores VENTAJAS 



Prescindiendo de N2 y conectando directamente



 

Ahorro de conductor: se emplean N 2 vueltas menos. Circuito magnético (ventana) de menores dimensiones. Disminución de pérdidas eléctricas y magnéticas. Mejor refrigeración (tanque más pequeño). Menor flujo de dispersión y corriente de vacío.

INCONVENIENTES 

AUTOTRAFO

 

Pérdida del aislamiento. Mayor corriente de corto. Necesarias más protecciones.

Ejemplo 2.7. El transformador de 2400:240 V, 50 kVA que se cita en el ejemplo 2.6 se conecta igual que un autotransformador, como se muestra en la figura, en donde ab es el devanado de 240 V y bc es el devanado de 2400 V. (Se asume que el devanado de 240 V presenta suficiente aislamiento para soportar un voltaje de 2640 V a tierra). a) Calcule las proporciones de voltaje de los lados de alto y bajo voltaje, respectivamente, para la conexión del autotransformador. b) Calcule los kVA nominales ola capacidad en kVA como un autotransformador. c) En el ejemplo 2.6 se suministra información referente a las pérdidas. Calcule la eficiencia a plena carga conectado como autotransformador que opera con una carga nominal de 0.8 de factor de potencia en atraso.


63

Example 2.7. (a) Conexión de autotranformador.

(b) Corrientes bajo carga


64

Problema Práctico 2.5. Un transformador de 450 kVA 460 V:7.97 kV, presenta una eficiencia de 97.8% al suministrar o alimentar una carga nominal de factor de potencia unitaria. Si se le conecta un autotransformador de 7.97:8.43 kV, calcule los índices de corriente en la terminal, determine los kVA nominales y la eficacia al suministrar o alimentar una carga de factor de potencia unitario.


65

Transformadores Multidevanado. Transformadores que presentan un devanado primario y varios secundarios. Transformadores de multidevanado o multicircuito para interconectar tres o más circuitos que quizá presenten diferentes voltajes. Un enorme sistema de distribución puede abastecerse por medio de un banco trifásico de transformadores multidevanado a partir de dos o más sistemas de transmisión que presenten diferente voltaje. Los bancos de transformador trifásicos empleados para interconectar dos sistemas de transmisión de diferentes voltajes con frecuencia presentan un tercer sistema o conjunto terciario.


66

Transformadores Multidevanado.

 (t)

V1

N1

N2

V2

N2’

V2’

Son transformadores especiales utilizados en alta potencia. Constan de un primario y dos secundarios Mediante un solo equipo se obtienen dos niveles de voltaje diferentes

SÍMBOLOS

Transformadores Multidevanado. Transformadores de tres devanados • El transformador de tres devanados es aquel en el que se incluye un tercer devanado por cada fase, se llaman también transformadores de circuitos o devanados múltiples. • El tercer arrollado que se incluye por cada fase suele ser

denominado terciario.

Transformadores Multidevanado. Transformadores de tres devanados • Utilizar las ventajas de la conexión Y-Y (estrella-estrella) de los transformadores de dos devanados al tiempo que el terciario se conecta en delta, con el fin de reducir los efectos indeseables de la conexión Y-Y de sus otros dos devanados.


Transformadores de tres devanados • En conexión Y-Y de los devanados de alta y baja, y se conecta el terciario en corto o delta, lo cual tiene la finalidad de reducir en forma apreciable los terceros armónicos de tensión que de otra forma estaría presentes en el devanado de baja de donde se alimenta la carga.


Transformadores de tres devanados • Se requiere interconectar tres circuitos de diferentes niveles de voltaje.

• Es la opción más económica y práctica utilizar un transformador de tres devanados y no dos transformadores de dos arrollados con diferente relación de transformación.


Transformadores de tres devanados  

Para alimentar cargas que requieran una alta confiabilidad en el servicio, para lo cual se alimentarían de dos fuentes diferentes. En la planta de generación, donde dos generadores son conectados a los devanados secundarios y terciario, y la carga en el primario.


Transformadores de tres devanados • Solo que van a existir tres relaciones, productos de las interacciones magnéticas de los tres arrollados.


Transformadores de tres devanados • El modelo equivalente de un transformador de tres devanados ideal, consta de tres impedancias Zp, Zs, y Zt en conexión estrella.

TRANSFORMADORES

7: Transformadores en circuitos trifásicos.

8. Transformadores de medida Voltaje y Corriente 9: Sistema PU.

.


75

Conexiones comunes (los devanados se indican en líneas gruesas)

Disminuir voltaje

Aumentar voltaje


76

Conexiones comunes

(1) Conexión Delta Δ I l



3 I FF and Vll



V FF

(2) Conexión Y Vll



3 V FF and I l

(3) Po tencia es la misma P  3 V FF I FF Cos j  3 Vll I l Cos j

77



I FF

Transformadores Trifásicos

Grupo de transformadores La designación del grupo de transformador indica la configuración de los bobinados y la diferencia del ángulo de fase entre ellos.

Por ejemplo el bobinado en el primario esta en estrella y en el secundario esta en delta con 30º adelantado se denota Yd 11

BV AV La rotación de la fase es siempre en sentido antihorario.


Grupo de transformadores Yy0

Phase Displacement = 0º

Yy6

Phase Displacement = +180º


Grupo de transformadores

Phase Displacement = -30º

80

Ejemplo 2.8. Tres transformadores monofásicos de 50 kVA, 2400:240 V, cada uno idéntico al que se cita en el ejemplo 2.6, se conecta en Y-Δ en un banco trifásico de 150 kVA con la finalidad de disminuir el voltaje en el extremo de carga del alimentador cuya impedancia es 0.15 + j1.00 Ω/fase. El voltaje en el extremo de envío del alimentador es de 4160 V de línea a línea. En sus lados secundarios, los transformadores abastecen una carga trifásica balanceada a través de un alimentador cuya impedancia es de 0.0005 + j0.0020 Ω/fase. Determine el voltaje de línea a línea de la carga cuando este consume una corriente nominal a un factor de potencia de 0.8 en atraso.


81

Problema Práctico 2.6. Repita el ejemplo 2.8 con los transformadores conectados en Y-Y y considere que todos los demás aspectos del problema permanecen sin cambios.


82

Ejemplo 2.9. Los tres transformadores del ejemplo 2.8 nuevamente se conectan en forma Δ-Δ y se abastecen de potencia a través de un alimentador trifásico de 2400 V (de línea a línea), cuya reactancia es de 0.80 Ω/fase. En el extremo de envío, el alimentador se conecta a las terminales secundarias del transformador trifásico con conexión Y-Δ cuyo índice es de 500 kVA, 24 kV: 2400 V (de línea a línea). La impedancia en serie equivalente del extremo de envío del transformador es de 0.17 + j 0.92 Ω/fase referida al lado de 2400 V. El voltaje aplicado a las terminales primarias del extremo que envía del transformador es de 24.0 kV de línea a línea. Un cortocircuito trifásico ocurre en las terminales de 240 V de los cables de fase del alimentador, en los devanados primario y secundario del extremo que recibe de los transformadores y en las terminales de 240 V.


83

TRANSFORMADORES

7: Transformadores en circuitos trifásicos. 8. Transformadores de medida Voltaje y Corriente

9: Sistema PU.


85

TRANSFORMADORES Medida

UTILIDAD 





Aislar los dispositivos de medida y protección de la alta tensión. Trabajar con corrientes o tensiones proporcionales a las que son objeto de medida. Evitar las perturbaciones que los campos magnéticos pueden producir sobre los instrumentos de medida

El rendimiento no es importante Trabajan con niveles bajos de flujo (zona lineal) Existen trafos de corriente y de potencial (V)

En todos los casos la r t es < 1 para mantener los valores bajos en las magnitudes secundarias Los transformadores de corriente tienen las corrientes secundarias normalizadas a: 0- 5 A rms y los de voltaje las tensiones secundarias a 0 -120 V rms

Transformadores de Voltaje y Corriente.  765

000 V, 10 000 A no se pueden medir directamente

Transformador de medida circuito equivalente

Rc (resistencia del núcleo) despreciable por lo que no se considera.

Zb (carga) se denomina BURDEN en el transformador


87

Transformadores de Voltaje y Corriente. Para PT:

Z eq Z b  N 2     V 1  N 1  ( R1  j X 1 )( Z eq  Z b  R2  j X 2 )

V 2 ˆ

ˆ

Z eq 

j X m ( R1  j X 1 ) R1  j ( X m  X 1 )

Para CT:

Z b  ( N 1 / N 2 ) 2 Z b

 N 1  j X m    I 1  N 2  Z b  R2  j ( X 2  X m )

I 2 ˆ

ˆ


88

Transformadores de Corriente. Conexión de un transformador de intensidad

Zcarga

IP

IS A

En un trafo de corriente la corriente del primario viene impuesta por la intensidad que se desea medir. El flujo no es cte. Las impedancias que aparecen como cargas en el secundario tienen que ser muy bajas (suelen ser las de las bobinas amperimétricas) ¡¡¡NUNCA SE PUEDE DEJAR EL SECUNDARIO EN CIRCUITO ABIERTO!!!

Example 2.10. Un transformador de potencial de 2400:120 V, 60 Hz presenta los siguientes parámetros de valores referidos a 2400 V

X 2  164 

X 1  143 

R1  128 

X m  163 k  R2  141 

a) Al asumir una entrada de 2400V que bajo condiciones ideales deberá producir un voltaje de 120V en el devanado de bajo voltaje, calcule la magnitud y los errores de ángulo de fase relativos del voltaje secundario


90

TRANSFORMADORES

7: Transformadores en circuitos trifásicos. 8. Transformadores de medida Voltaje y Corriente 9: Sistema PU.

.


91

Sistema en PU. Los cálculos relacionados con máquinas, transformadores y sistemas se llevan con el sistema por unidad. Las cantidades se expresan respecto a un valor BASE. V, I, P, Q, S, R, X, Z, G (conductancia), B (susceptancia), Y (admitancia) pueden ser calculados: Cantidad en pu 

Cantidad real Valor base de la cantidad

Fase simple:

S base  V base I base Cambio de Base:

Z pu 2  Z pu1

Z base  V base / I base

2 V base 1 S base2 2 V base 2 S base1

1. Elegir una Potencia base S y un voltaje base en un punto determinado del sistema. 2. Convierta todas las cantidades al pu con la Sbase y el voltaje base de forma todos las variables se transfieran al pu.

Ejemplo 2.12. The equivalent circuit for a 100 MVA, 7.97 kV:79.7 kV transformer is shown in Fig. 2.22a. Convert the equivalent circuit parameters to perunit using the transformer rating as base. X L  0.04 

X H  3.75  X m  114 

R L  0.76 m R H  0.085 


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Transformadores - Clases Conversión Electromecánica de Energía

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