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Transformador elemental
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 práctica-mente sin pérdidas Potenciaentrada?Potenciasalida
Las intensidades son inversamente proporcionales a las tensiones en cada lado
Transformador elevador: V2>V1, I2 60 kV
Diferentes formas constructivas de devanados según tensión y potencia
Los conductores de los devanados están aislados entre sí: En transformadores de baja potencia y tensión se utilizan hilos esmaltados. En máquinas grandes se emplean pletinas rectangulares encintadas con papel impregnado en aceite
El aislamiento entre devanados se realiza dejando espacios de aire o de aceite entre ellos
La forma de los devanados es normalmente circular
3.1.2.- Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos I.
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Estructura devanados: trafo monofásico
Núcleo con 2 columnas
Núcleo con 3 columnas
Secundario
Primario
Secundario
Primario
Aislante
Concéntrico
Primario
Aislante
Secundario
Primario
Aislante
Alternado
Secundario
3.1.2.- Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos II.
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Fabricación núcleo: chapas magnéticas
Conformado conductores devanados
Catálogos comerciales
Catálogos comerciales
3.1.2.- Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos III.
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1 Núcleo
1’ Prensaculatas
2 Devanados
3 Cuba
4 Aletas refrigeración
5 Aceite
6 Depósito expansión
7 Aisladores (BT y AT)
8 Junta
9 Conexiones
10 Nivel aceite
11 – 12 Termómetro
13 – 14 Grifo de vaciado
15 Cambio tensión
16 Relé Buchholz
17 Cáncamos transporte
18 Desecador aire
19 Tapón llenado
20 Puesta a tierra
? Transformadores de potencia medida… E. Ras Oliva
3.1.3.- Aspectos constructivos:
refrigeración.
7
Transformadores en baño de aceite
Catálogos comerciales
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos I.
8
Transformador seco
OFAF
Catálogos comerciales
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos II.
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5000 kVA
Baño de
aceite
2500 kVA
Baño de aceite
1250 kVA
Baño de aceite
10 MVA
Sellado con N2
10 MVA
Sellado con N2
Catálogos comerciales
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos III.
10
Secciones de transformadores en aceite y secos
Seco
En aceite
Catálogos comerciales
Catálogos comerciales
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
11
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
12
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
13
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
14
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
15
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
16
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
17
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
18
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
19
Banco trifásico de tres transformadores monofásicos con uno de reserva.
3.1.4.- Aspectos constructivos:
trafos trifásicos IV.
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(Gp:) LTK primario:
(Gp:) Ley de Lenz:
(Gp:) Tensión
máxima
(Gp:) Tensión
eficaz
(Gp:) Fem
eficaz
(Gp:) Repitiendo el proceso para el secundario
(Gp:) La tensión aplicada determina el flujo máximo de la máquina
(Gp:) U2(t)
(Gp:) U1(t)
(Gp:) I0(t)
(Gp:) I2(t)=0
(Gp:) e1(t)
(Gp:) e2(t)
(Gp:) ? (t)
(Gp:) Transformador en vacío
(Gp:) R devanados=0
(Gp:) El flujo es
senoidal
3.2.- Principio de funcionamiento (vacío).
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(Gp:) U2(t)
(Gp:) U1(t)
(Gp:) I1(t)
(Gp:) I2(t)
(Gp:) ? (t)
(Gp:) P2
(Gp:) P1
(Gp:) P=0
Considerando que la conversión se realiza prácticamente sin pérdidas: Potentrada?Potenciasalida
P1 ? P2: U1*I1=U2*I2
Considerando que la tensión del secundario en carga es la misma que en vacío:
U2vacío?U2carga
Las relaciones de tensiones y corrientes son INVERSAS
El transformador no modifica la potencia que se transfiere, tan solo altera la relación entre tensiones y corrientes
3.2.- Principio de funcionamiento:
Relación entre corrientes.
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? (t)
Flujo de dispersión: se cierra por el aire
(Gp:) U2(t)
(Gp:) U1(t)
(Gp:) I2(t)=0
(Gp:) I0(t)
Representación simplificada del flujo de dispersión (primario)
En vacío no circula corriente por el secundario y, por tanto, no produce flujo de dispersión
En serie con el primario se colocará una bobina que será la que genere el flujo de dispersión
(Gp:) I2(t)=0
(Gp:) U2(t)
(Gp:) U1(t)
(Gp:) ? (t)
(Gp:) I0(t)
(Gp:) R1
(Gp:) Xd1
(Gp:) Flujo de
dispersión
(Gp:) Resistencia
interna
(Gp:) e1(t)
3.2.2.- Flujo de dispersión.
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U1(t)
? (t)
I1(t)
R1
Xd1
Flujo de
dispersión
Resistencia
interna
e1(t)
U2(t)
R2
Resistencia
interna
Xd2
Flujo de
dispersión
I2(t)
e2(t)
(Gp:) Se ha invertido el sentido de I2(t) para que en el diagrama fasorial I1(t) e I2(t) NO APAREZCAN SUPERPUESTAS
El secundario del transformador presentará una resistencia interna y una reactancia de dispersión como el primario
Las caídas de tensión EN CARGA en las resistencias y reactancias parásitas son muy pequeñas: del 0,2 al 6% de U1
3.2.4.- El transformador en carga I.
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I0(t)+I2’(t)
Al cerrarse el secundario circulará por él una corriente I2(t) que creará una nueva fuerza magnetomotriz N2*I2(t)
La nueva fmm NO podrá alterar el flujo, ya que si así fuera se modificaría E1 que está fijada por U1
Esto sólo es posible si en el primario aparece una corriente I2’(t) que verifique:
(Gp:) Nueva corriente primario
Flujo y fmm son iguales que en vacío (los fija U1(t))
U2(t)
U1(t)
? (t)
R1
Xd1
Flujo de
dispersión
Resistencia
interna
e1(t)
R2
Resistencia
interna
Xd2
Flujo de
dispersión
I2(t)
e2(t)
Las caídas de tensión en R1 y Xd1 son muy pequeñas, por tanto, U1 ? E1
3.2.4.- El transformador en carga II.
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(Gp:) Si la relación de transformación es elevada existe una diferencia importante entre las magnitudes primarias y secundarias. La representación vectorial se complica
(Gp:) El problema se resuelve mediante la reducción del secundario al primario
(Gp:) Magnitudes reducidas
al primario
(Gp:) Impedancia cualquiera
en el secundario
(Gp:) Se mantiene la potencia aparente, la potencia activa y reactiva, los ángulos, las pérdidas y el rendimiento
3.2.6.- Reducción del
secundario al primario.
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Como el transformador de 3 es de relación unidad y no tiene pérdidas se puede eliminar, conectando el resto de los elementos del circuito
(Gp:) Xd1
(Gp:) U2’(t)
(Gp:) U1(t)
(Gp:) R1
(Gp:) R2’
(Gp:) Xd2’
(Gp:) I2’(t)
(Gp:) I1(t)
(Gp:) 4
(Gp:) X?
(Gp:) I?
(Gp:) Rfe
(Gp:) Ife
(Gp:) I0
(Gp:) Circuito equivalente de un transformador real
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
3.2.8.- Circuito equivalente.
27
En ambos ensayos se miden tensiones, corrientes y potencias. A partir del resultado de las mediciones es posible estimar las pérdidas y reconstruir el circuito equivalente con todos sus elementos
(Gp:) Existen dos ensayos normalizados que permiten obtener las caídas de tensión, pérdidas y parámetros del circuito equivalente del transformador
(Gp:) Ensayo de
vacío
(Gp:) Ensayo de cortocircuito
3.3.- Ensayos de los transformadores.
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U2(t)
U1(t)
I2(t)=0
? (t)
I0(t)
(Gp:) A
(Gp:) W
Secundario en circuito abierto
Tensión y frecuencia nominal
Condiciones ensayo:
Resultados ensayo:
(Gp:) Pérdidas en el hierro
(Gp:) W
(Gp:) Corriente de vacío
(Gp:) A
(Gp:) Parámetros circuito
(Gp:) Rfe, X?
3.3.1.- Ensayo de vacío.
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U2(t)=0
Secundario en cortocircuito
Condiciones ensayo:
(Gp:) Ucc(t)
(Gp:) I2n(t)
(Gp:) ? (t)
(Gp:) I1n(t)
(Gp:) A
(Gp:) W
Tensión primario muy reducida
Corriente nominal I1n, I2n
(Gp:) Resultados ensayo:
(Gp:) Pérdidas en el cobre
(Gp:) W
(Gp:) Parámetros circuito
(Gp:) Rcc=R1+R2’
(Gp:) Xcc=X1+X2’
(Gp:) Al ser la tensión del ensayo muy baja habrá muy poco flujo y, por tanto, las pérdidas en el hierro serán despreciables (Pfe=kBm2)
3.3.2.- Ensayo de cortocircuito I.
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(Gp:) Ucc(t)
(Gp:) RCC
(Gp:) Xcc
(Gp:) I1n(t)=I2’(t)
(Gp:) RCC=R1+R2’
(Gp:) XCC=X1+X2’
(Gp:) Ucc(t)
(Gp:) R1
(Gp:) Xd1
(Gp:) R2’
(Gp:) Xd2’
(Gp:) I2’(t)
(Gp:) I1n(t)
(Gp:) X?
(Gp:) I?
(Gp:) Rfe
(Gp:) Ife
(Gp:) I0
Al estar el secundario en cortocircuito se puede despreciar la rama en paralelo
Al ser el flujo muy bajo respecto al nominal I0 es despreciable
3.3.2.- El transformador en el
ensayo de cortocircuito II.
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(Gp:) Ucc(t)
(Gp:) RCC
(Gp:) Xcc
(Gp:) I1n(t)=I2’(t)
(Gp:) RCC=R1+R2’
(Gp:) XCC=X1+X2’
(Gp:) I1=I2’
(Gp:) Ucc
(Gp:) ?CC
(Gp:) URcc
(Gp:) UXcc
(Gp:) Diagrama fasorial
(Gp:) Para un trafo de potencia aparente Sn
(Gp:) PCC son las pérdidas totales en el Cu
Las de Fe son despreciables en corto
(Gp:) Tensiones relativas de cortocircuito: se expresan porcentualmente
3.3.2.- El transformador en el
ensayo de cortocircuito III.