TRANSFORMADORES. 1. OBJETIVO. Partiendo del concepto de transformador, que es una maquina eléctrica estática, de corriente alterna, capaz de cambiar los valores de tensión y corriente sin alterar la frecuencia, por ello su objetivo es estudiar este tipo de maquinas para lograr diferentes niveles de tensión y con partes constructivas sencillas. 2. SÍNTESIS TEÓRICA. Estas maquinas están constituidos por: Un núcleo magnético, devanados primarios y secundarios. Al aplicar una tensión V 1 al denominado devanado primario, se produce la circulación de una corriente la cual induce un flujo alterno senoidal () común a las espiras N 1 y N2 y por el efecto de autoinducción se presenta una fuerza electromotriz, que de manera general se expresa con la ecuación N° 1 Δ
e1 = N1 -------
(1)
Δ t
Partiendo de la Ley de Faraday para una corriente alterna senoidal , el valor eficaz de esta fem será: E1 = 4.44 f N1 max
(2)
2.1. TRANSFORMADOR IDEAL La Figura N° 22 muestra cada uno de sus componentes de un transformador ideal y en funcionamiento en vació.
FIGURA N° 22. El bobinado secundario es también cortado por el flujo común, lo que genera la producción de una fuerza electromotriz E 2 es decir:
E2 = 4.44 f N2 max
(3)
Donde: -
E1 y E2 son las fuerzas electromotrices del primario y secundario f = frecuencia (Hz) N1 y N2 son el numero de espiras del primario y el secundario max = flujo máximo (Wb)
2.2. TRANSFORMADOR IDEAL CON CARGA El esquema de la figura inferior (Fig. N° 23) representa a un transformador ideal con carga, donde se pude apreciar que aparece la circulación de una corriente I2 la misma se debe al consumo de energía por parte de la carga Z
FIGURA N° 23. Por otro lado es necesario recordar que las fuerzas magnetomotrices para el devanado primario y secundario se igualan, en consecuencia se tiene: N1 I1 = N2 I2
(4)
De la ecuación anterior se deduce la relación de transformación en transformadores esta dada por la ecuación N° 5. I2 N1 E1 K = ----- = ----- = -----I1 N2 E2
(5)
Del mismo modo se puede decir que las potencias activas, reactivas y aparentes absorbidas por el primario son iguales a las del secundario, es decir: V1 I1 cos 1 = V2 I2 cos 2
(6)
V1 I1 sen 1 = V2 I2 sen 2
(7)
V1 I1 = V2 I2
(8)
2.3. TRANSFORMADOR REAL Para el estudio de un transformador real se tienen que tomar en consideración las siguientes premisas: 1) El devanado primario y el secundario tiene sus resistencias internas, a ser consideradas. 2) Consecuencia del punto anterior corresponde considerar las reactancias que también poseen los devanados primario y secundario. 3) En el núcleo se presentan por su forma constitutiva, las chapas magnéticas de alta permitividad, bajo campo coercitivo y baja resistencia ohmica, esto lleva a las perdidas debido a la histéresis y las corrientes parasitarias o de Foucault. 4) El flujo no es del todo común, existiendo el de dispersión. En base a las consideraciones anteriores, el circuito equivalente simplificado se muestra en la figura inferior. (FIG. 24)
FIGURA N° 24. Donde: R1 = Resistencia del primario R2 = Resistencia del secundario Xd1 = Reactancia de dispersión del primario - Xd2 = Reactancia de dispersión del secundario -
3. ESQUEMA Y MATERIAL A UTILIZAR Los ensayos de los transformadores comprenden pruebas de vació, cortocircuito, con carga, regulación y otras, tanto para transformadores monofásicos, auto transformadores y transformadores trifásicos. Con estas experiencias es posible determinar el circuito equivalente, rendimiento y parámetros representativos de los transformadores.
En el ensayo a realizarse se utilizara un transformador monofásico de 1000 KVA, con una tensión primaria de 220 voltios y una tensión secundaria de 380 voltios, para una frecuencia de 50 Hz. 3.1. ENSAYO DE VACIÓ Para el efecto se utilizara el esquema inferior (FIG. 25) con esta experiencia se determinara: -
La relación de Transformación. La corriente de vació Las perdidas en el hierro
FIGURA N° 25. 3.2. ENSAYO DE CORTO CIRCUITO En la figura anterior se reemplazara en lugar del voltímetro un amperímetro con capacidad suficiente para soportar la corriente nominal del transformador, se determinara con este ensayo: -
Los parámetros Rcc, Xcc, Zcc Tensión de cortocircuito porcentual y sus componentes Las perdidas en el cobre.
3.3. ENSAYO CON CARGA Para esta experiencia solo se utilizara cargas que lleguen al valor nominal del transformador en términos de voltajes y corrientes, por lo tanto se determinara las corrientes, potencia de entrada y salida, voltajes del primario y secundario y la frecuencia. 3.4. MATERIAL A UTILIZAR. -
Una fuente de tensión variable C.A. Transformador monofásico de 1000 KVA
-
2 Amperímetros de C.A. Rango 0 – 10 A. 2 Voltímetros de C.A. rango 0 – 250 V. Vatímetro Frecuencimetro Cargas Resistivas Varios conductores.
4. PROCEDIMIENTO. -
Armar los circuitos de las figuras 24 y 25 usando el transformador de 1000 KVA. Realice la lectura en los instrumentos (amperímetros, voltímetros, vatimetro) y anote en tablas a elaborar antes de la experiencia.
CÁLCULOS
CORTO CIRCUITO
2. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
3. CUESTIONARIO. 3.1.
¿Como influye la frecuencia en un transformador si es de 60 Hz en un sistema de 50 Hz? Si, la frecuencia no influye.
3.2.
Indique las características nominales de un transformador trifásico, por lo menos diez.
TENSIONES NOMINALES SECUNDARIAS
Las tensiones nominales de los arrollamientos de baja tensión en vacío serán 400 V y 231 V. La tensión de 231 V se obtendrá con una toma del arrollamiento de 400 V. POTENCIAS NOMINALES
La potencia nominal Pn de estos transformadores está definida para el caso de utilizarse solamente la salida de tensión más elevada. Para la salida de tensión más baja la potencia será 0,75 Pn. En el caso de cargas simultáneas en ambas tensiones se aplicará la siguiente fórmula de reparto de potencias:
en la que P1 y P2 son las potencias suministradas en 231 V y 400 V respectivamente. Las potencias nominales (Pn) serán: 160, 250, 400, 630 y 1000 kVA. GRUPO DE CONEXIÓN El grupo de conexión será Dyn11. El neutro común del arrollamiento de baja tensión estará dimensionado para la máxima intensidad de fase a 400 V. TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO Para el funcionamiento sólo a 400 V, el valor de la tensión de cortocircuito será el indicado en las Normas UTE N.MA.45.01 y UTE N.MA.45.02. Para el funcionamiento sólo a 231 V, el valor de la tensión de cortocircuito será el que garantice el fabricante, teniendo en cuenta que para la potencia de 0,75 Pn y cos ϕ = 0,8 inductivo la tensión en bornes debe ser ≥ 230 V. PERDIDAS DEBIDAS A LA CARGA Los valores máximos dados en el apartado 4.8 de las Normas UTE N.MA.45.01 y UTEN.MA.45.02 para las pérdidas en carga son aplicables para el funcionamiento sólo a 400V. Los valores máximos para el funcionamiento a 231 V referidos a la potencia de 0,75 Pn son los siguientes:
CALENTAMIENTO Se cumplirá lo especificado en la Norma IEC 60076-2 teniendo en cuenta que los límites para los calentamientos admisibles deberán ser respetados en todos los casos en los que el reparto de la potencia nominal cumpla la fórmula indicada
OTRAS CARACTERÍSTICAS Las restantes características de estos transformadores son las indicadas en las Normas UTE N.MA.45.01 y UTE N.MA.45.02, considerando su potencia nominal tal como se define en el apartado de potencias nominales. TOLERANCIAS Las tolerancias estarán de acuerdo con la Norma IEC 60076-1, teniendo en cuenta que para la relación de transformación en el caso de 231 V la tolerancia
podrá ser superior, con un máximo de 1,4 %, siempre que se cumpla lo indicado en el apartado tensión de corto circuito de la presente Norma. PASATAPAS DE ALTA TENSIÓN Los pasatapas cumplirán lo indicado en las normas NBR 5435 y DIN 42531 para las potencias de 160 a 400 kVA; y lo indicado en la norma U.T.E. N.MA.20.07 para las potencias de 630 y 1000 kVA; y tal cual se establece en la Tabla 1.
Los transformadores objeto de esta Norma, cuyas potencias sean 160, 250 o 400 kVA se suministrarán con la pieza de acoplamiento plana, tuercas y arandelas, según el caso En los casos de sistemas de expansión con colchón de aire se utilizarán pasatapas de alta según norma NBR 5435 tipo T2 con la clase aislación adecuada para cumplir con los niveles de ensayo especificados en normas IEC. Los transformadores se suministrarán sin descargadores de cuernos, salvo que sea solicitados explícitamente. Para los transformadores con cámara de aire bajo tapa, los extremos inferiores de lo pasatapas, para una temperatura del aceite de 0°C, deberán quedar sumergidos en el aceite aislante a una profundidad no inferior a 35 mm. PASATAPAS DE BAJA TENSIÓN Los pasatapas de baja tensión cumplirán con las normas DIN 42539 y NBR 5437 y corresponderán a los tipos que se indican en la tabla 2. Los pasatapas según norma DIN42539 se suministrarán con paletas rectangulares de conexión de acuerdo a norma DIN 43675 según se indica en tabla 6. A efectos de una mejor identificación, el aislador correspondiente al neutro será de un color diferente a los aisladores de las fases. Opcionalmente se puede plantear para aprobación previa otro método de identificación.
3.3.
Mencione otros ensayos diferentes a los realizados, por lo menos ocho.
3.4.
Determine el rendimiento del transformador utilizado.
http://www.fing.uncu.edu.ar/catedras/electrotecnia/archivos/Apuntes/transformadores/tr ansformador2.pdf
