El trasformador

Concepto

Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna manteniendo constante la potencia (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la potencia que se obtiene a la salida).

 Aunque el transformador aumente la tensión de un lado a otro (del primario al secundario) el producto de la V x I, que es la potencia, permanece constante.

 Potencia = Tensión x Intensidad

  NO hay transformadores de corriente continua, solo hay de corriente alterna. Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta 220V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. precisamente porque que existen transformadores, que nos permiten aumentar la tensión a la salida de la central eléctrica para transportarla y posteriormente disminuirla para utilizarla en las viviendas, industrias, etc. Nunca se transporta en c.c.

Clasificación según la normativa

En una primera aproximación, pueden establecerse distintas formas de clasificación de los transformadores (o autotransformadores): por la función que realizan, por la clase de servicio a que se destinan, por el tipo de construcción, etc.; las más usuales son las que a continuación se detallan:

·         Por la función que realizan:

-Transformadores elevadores.

-Transformadores reductores.

-Transformadores de distribución ó potencia.

-Transformadores monofásicos ó trifásicos.

·         Por el servicio a que se destinan:

-Transformadores de subestación.

-Transformadores de generador.

-Transformadores para usos especiales: tracción, hornos, rectificadores, etc.

·         Por el tipo de construcción:

-De columnas con bobinas cilíndricas.

-De columnas con bobinas rectangulares.

-Acorazados, etc.

Parámetros eléctricos del transformador monofásico

Tensión primaria: es la tensión a la cual se debe alimentar el transformador, dicho en otras palabras, la tensión nominal (V1n) de su bobinado primario. En algunos transformadores hay más de un bobinado primario, existiendo en consecuencia, más de una tensión primaria.

Tensión máxima de servicio: es la máxima tensión a la que puede funcionar el transformador de manera permanente.

Tensión secundaria: si la tensión primaria es la tensión nominal del bobinado primario del transformador, la tensión secundaria es la tensión nominal (V2n) del bobinado secundario.

Potencia nominal: es la potencia aparente máxima que puede suministrar el bobinado secundario del transformador. Este valor se mide en kilovoltioamperios (kVA).

Relación de transformación (Rt): es el resultado de dividir la tensión nominal primaria entre la secundaria.

Intensidad nominal primaria (I1n): es la intensidad que circula por el bobinado primario, cuando se está suministrando la potencia nominal del transformador. Dicho en otras palabras, es la intensidad máxima a la que puede trabajar el bobinado primario del transformador.

Intensidad nominal secundaria (I2n): al igual que ocurría con la intensidad primaria, este parámetro hace referencia a la intensidad que circula por el bobinado secundario cuando el transformador está suministrando la potencia nominal.

Tensión de cortocircuito (Vcc): hace referencia a la tensión que habría que aplicar en el bobinado primario para que, estando el bobinado secundario cortocircuitado, circule por éste la intensidad secundaria nominal. Se expresa en porcentaje.

Parámetros eléctricos del transformador trifásico

            I.     Objetivo:

Determinar la impedancia interna de un transformador trifásico así como su   reactancia por unidad.

Investigar cómo se determinan las constantes generales de un transformador.

           II.    Introducción teórica:

Un transformador puede ser representado al igual como una línea de transmisión por un cuadripolo definido por sus constantes generalizadas.

 

Aquí se cumple:

U_S = AU_R + BI_R

I_S = CU_R +DI_R

Las constantes generalizadas pueden determinarse por pruebas de vacío y cortocircuito del transformador. Las pruebas anteriores también dan origen a un circuito equivalente por fase del transformador trifásico, tal como:

         III.    Equipo y material a utilizar:

01 Transformador trifásico LN

01 Vatímetro trifásico

02 Voltímetros digitales

01 Pinza amperimétrica

01 Fuente de tensión alterna variable (erfi)

Conductores de conexión

         IV.    Procedimiento:

Advertencia: Cuidado, el nivel de tensión con que va a trabajar puede ser peligroso.

Preste atención a lo que está haciendo.

Cuidado con las escaleras de los instrumentos.

Llame al profesor antes de energizar el circuito.

A)  Ensayo en vacío

1.    El transformador que va a utilizar posee TAPS que deben de ser cambiados solo si el transformador esta desconectado del sistema. Anotar los datos de placa del transformador.

Marca:....................................  Lucas Nuelle

Serie:.....................................  SE-2666-9U

Modelo:.................................. 

Potencia:................................  1800 VA

Frecuencia:............................  50 Hz

Tensión primaria:...................  400 V

Corriente primaria:.................  4A

Tensión secundaria:..............   4A

Corriente secundaria:............   4A

Conexión:............................... DELTA

2.    Armar el circuito de la figura N°3:

 

3.    La prueba se va a realizar por el lado de los TAPS del transformador trifásico.

4.    Se elegirán tres TAPS diferente; de voltajes elevados para realizar el ensayo.

5.    Medir la corriente, potencia y tensión del primario así como también la tensión del secundario.

Tabla N°1
Transformador
TAPS	U secundario	I secundaria	Potencia	U primario
1 (188V)	184,4	118 mA	20 W	218
2 (220V)	215,4	117 mA	20 W	217,3
3 (244V)	238,6	99 mA	20 W	216,7

6.      Reduci

7.      Utilizar un conductor de sección adecuado y forrado, hacer contacto entre cada fase y tierra, y entre fase y fase, para eliminar así la energía almacenada en el transformador luego de haber sido energizado.

B)  Ensayo en cortocircuito:

1.     Para el ensayo de cortocircuito se debe calcular las corrientes nominales de cada lado del transformador trifásico.

Transformador modelo:........

Potencia:..............................    1,8 KVA

Lado  372  V        I nominal =   2,79 A

TAPS

  18     V        I nominal = 5,53 A            = 4,7 A

  220   V        I nominal = 4,72 A            = 4,01 A

   244  V        I nominal = 4,26 A            = 3,62 A

2.     Armar el circuito de la figura N°4:

3.     Se va a cortocircuito el lado de los TAPS en los transformadores y la alimentación para el ensayo se realizará por el otro bobinado.

4.     Incrementar la tensión lentamente desde cero, utilizando la fuente de tensión regulable, hasta obtener un 85% de la corriente nominal del transformador para cada TAPS y se va a medir las corrientes tanto en el lado primario como secundario de los transformadores así como la tensión de corto circuito primaria y la potencia primaria.

Realizar las medidas de seguridad

5.     No se olvide de reducir la tensión a cero, apagar la fuente y descargar el transformador antes de efectuar el cambio de TAPS.

Tabla N°2
Transformador
TAPS	U .cc primario	I primaria	Potencia	U secundaria
1 (4,7 A)	18,37	5,53 A	167 W	4,63
2 (4 A)	16,35	3,99 A	108 W	3,94
3 (3,6 A)	15,75	3,12 A	81,8 W	3,43

6.     Reducir el voltaje a cero y desconectar la fuente.

          V.    Cálculos:

1.  Utilizando los datos de la tabla N°2 determinar la impedancia equivalente del transformador así como sus componentes para un TAP dado.

TAP elegido: 220V

Z.equiv. =  Vcc / Icc = 16,37 / 3,94 = 4,15

           

R.equiv. =  Pcc / 3(Icc x Icc) = 108 / 3(3.94 x 3.94) = 2,32

X.equiv. =  ((Z.equiv.x Z.equiv.) – (R.equiv. x R.equiv.))1/2 = 3,44

2.  Determinar la reactancia en por unidad del transformador ensayado.

Z.base = (Ub x Ub) / Sb = (400x400)/1800 = 88,89

X.p.u. =  Xequiv. / Zb  = 3,44 / 88,89 = 0,039

3.  En base a los datos de la tabla N°1 determinar la admitancia de excitación  así como sus componentes, para el mismo TAP elegido anteriormente.

Y.equiv. =  1 / Z.equiv. = 1 / 1857,26 = 0,000538

G.equiv. =  1 / R.equiv. = 1 / 487 = 2,05 Ω

B.equiv. =  1 / X.equiv. = 1 / 1792,27 = 0,000556

*Zequ.= 1857,26

*Requ.= 487

*Xequ.= 1792,27

Tener presente que:

Se ha determinado la impedancia equivalente del transformador referido al lado en delta del transformador y la admitancia equivalente del circuito de excitación referido al lado estrella del transformador.

4.  Determinar el circuito equivalente monofásico del transformador ensayado para el TAP elegido.

Posibles cálculos:

Fórmulas	Valores	Resultados
R.p.u. = Rr / Zb X.p.u. = Xr / Zb G.p.u. = Gr / Yb B.p.u. = Br / Yb	R.p.u. = 2,319 / 88,89 X.p.u = 3,44 / 88,89 G.p.u = 2,05 / 0,0112 B.p.u. = 0,000556 / 0,0112	R.p.u. = 0,026 X.p.u = 0,39 G.p.u = 0,183 B.p.u. = 0,049

5.  Reemplazar los dados obtenido en el siguiente circuito:

          VI.    Aplicaciones:

1.  Desarrollo el siguiente caso:

Un transformador de distribución de 50 KVA, 13.8/0.208 KV conectado en Δ-Y tiene una resistencia de 1% y una reactancia de 7% por unidad.

2.  Conexiones en transformadores trifásicos.

3.  Características de la conexión V-V (Delta abierto trifásico), usos y aplicaciones de este tipo de conexión.

4.  Desarrollo y explicación del sistema por unidad para transformadores trifásicos.

5.  Investigue como se realizan los ensayos para determinar las constantes generales de un transformador (A, B, C, D) y que formulas se emplean en base a los datos de estos ensayos.

       VII.    Observaciones y conclusiones:

Observaciones:

·         Se observó que es de vital importancia, los datos de placa de un motor.

·         Observamos que para alimentar en el circuito de la fig. Nº3 era por el lado de tensión en baja.

·         Observamos que nuestro transformador poseía 4 Taps que nos daban diferentes tensiones con las que se podía trabajar.

·         Observamos que el primario del transformador se encontraba conectado en Delta.

·         Observamos que el secundario del transformador está conectado en Estrella con Neutro  accesible.

·         Se observo que en la FIG 4, se alimentaba por el lado de alta tensión.

·         Observamos que era necesario medir potencia, corriente y tensión por lo que utilizamos el fluke 43B que nos da todos estos valores.

Conclusiones:

·         Se concluye que en el primer circuito la tensión en el secundario no es constante, y que varía muy poco en los valores medidos.

·         También concluimos que la corriente en el secundario conforme se va cambiando de tap, y va aumentando la tensión, nuestra corriente va disminuyendo, así como nuestra potencia que se mantiene constante.

·         Se concluye que la tensión en el primario si esa constante, ya que nos está dando los valores de la tensión inyectada por la fuente.

·         Concluimos que para el ensayo en corto circuito hallamos las corrientes nominales por la ecuación:

Con la cual a partir de estos valores, le sacamos el 85% de s valor, par que al iniciar el energizado no dañemos el transformador.

·         Se concluye que para energizar el trafo, todo depende de la corriente secundaria, ya que esta es la que nos da a que tensión se está  trabajando, así que en los datos de tensión de cortocircuito tuvimos valores, muy bajos como 18v-15v.

·         Concluimos que la corriente primaria era un poco variable ala de la secundaria, y que la potencia al disminuir corriente, esta también disminuía.

·         Se concluye que para hacer los cálculos escogimos el Tap :220v, y para hallar datos como impedancia equivalente, resistencia equivalente, y reactancia equivalente se utilizaron los valores medidos en cortocircuito.

Por último concluimos que para determinar los últimos cálculos en pu, previamente se tuvieron que realizar cálculos pero con los datos de vacío como impedancia, conductancia y suceptancia, los cuales fueron hallados por (impedancia equivalente, resistencia

Diagrama vectorial

Para obtener la regulación de voltaje en un transformador se requiere entender las caídas de voltaje que se producen en su interior. Consideremos el circuito equivalente del transformador simplificado de la figura 5. Los efectos de la rama de excitación en la regulación de voltaje del transformador puede, ignorarse, por lo tanto que solamente las impedancias en serie deben tomarse en cuenta. La regulación de voltaje de un transformador depende tanto de la magnitud de estas impedancias como del ángulo fase de la corriente que circula por el transformador. La forma más fácil de determinar el efecto de la impedancia y de los ángulos de fase de la corriente circulante en la regulación de voltaje del transformador es analizar el Diagrama Fasorial, un esquema de los voltajes y corrientes fasoriales del transformador.

En los diagramas siguientes, el voltaje fasorial VS se supone con un ángulo de 0° y todos los demás voltajes y corrientes se comparan con dicha suposición. Si se aplica la ley de voltajes de Kirchhoff al circuito equivalente de la figura 5 (b), el voltaje primario se halla:

VP / a = VS + REQ IS + j XEQ IS

Un diagrama fasorial de un transformador es una representación visual de esta ecuación.

Es muy fácil ver que VP / a VS para cargas en atraso, así que la regulación de voltaje de un transformador con tales cargas debe ser mayor que cero.

Se puede ver un diagrama fasorial con un factor de potencia igual a uno. Aquí nuevamente se ve que el voltaje secundario es menor que el primario, de donde VR 0. Sin embargo, en esta oportunidad la regulación de voltaje es un número más pequeño que el que tenía con una corriente en atraso.  

Si la corriente secundaria está adelantada, el voltaje secundario puede ser realmente mayor que el voltaje primario referido. Si esto sucede, el transformador tiene realmente una regulación negativa.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento de los transformadores se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, cuya explicación matemática se resume en las ecuaciones de Maxwell.

Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario o inductor, producida esta por la corriente eléctrica que lo atraviesa, se produce la inducción de un flujo magnético en el núcleo de hierro. Según la ley de Faraday, si dicho flujo magnético es variable, aparece una fuerza electromotriz en el devanado secundario o inducido. De este modo, el circuito eléctrico primario y el circuito eléctrico secundario quedan acoplados mediante un campo magnético.

La tensión inducida en el devanado secundario depende directamente de la relación entre el número de espiras del devanado primario y secundario y de la tensión del devanado primario. Dicha relación se denomina relación de transformación.

Aspectos constructivos

El tanque conservador aislante

Este tanque consiste de un recipiente fijo a la parte superior del transformador sobre el tanque o carcaza. Está destinado a recibir el aceite del tanque cuando éste se expande, debido al efecto del calentamiento por pérdidas internas. Por lo tanto, algunos transformadores de potencia necesitan una cámara de compensación de expansión del líquido aislante.

Los transformadores que no poseen el tanque de expansión se denominan transformadores sellados.

Los transformadores sellados son aquellos que tienen una capa de gas inerte entre la tapa y el nivel del líquido aislante, y cuando éste se expande, como consecuencia de un calentamiento debido a la carga, la capa de gas se comprime ejerciendo un gran esfuerzo sobre el tanque. El límite práctico para la construcción de 2000 kVA, son propios para operar en ambientes agresivos o extremadamente húmedos, donde el uso de secador de aire no es recomendable.

Secador de aire

Los transformadores operan normalmente con un ciclo de carga variable, produciendo calentamiento del líquido aislante en los periodos de carga máxima y de enfriamiento del mismo en periodos de carga ligera, de esta manera siempre que el líquido aislante se ha calentado, se expande, expulsando el aire que queda contenido en la cámara de compensación o en el conservador de aceite. Por el contrario, durante el periodo de baja carga, el líquido se enfría provocando la entrada de aire en el interior del tanque, excepto en los transformadores sellados que son en baja potencia, de esta forma se puede decir que respira el transformador.

El núcleo

El núcleo de un transformador de potencia consiste básicamente de un laminado de acero al silicio, los devanados primario y secundario, los accesorios para cambio de tensión (cambiador de derivaciones) y básicamente las siguientes partes:

a) Núcleo de acero

Este núcleo está constituido de una gran cantidad de placas de acero al silicio de granos orientados,montadas en superposición, estas chapas de acero tienen un espesor variable y se fabrican de acuerdo con estándares internacionales, cuya nomenclatura más común es la de la Armco, que presentan códigos dados por los números 5, 6, 7 y 8. El número más bajo expresa placas que requieren menor corriente de excitación y menores pérdidas por histéresis. Las placas de acero al silicio son aleaciones que contienenalrededor del 5% de silicio, cuya función es reducir las pérdidas por histéresis y aumentar la resistencia del acero, permitiendo con esto reducir las corrientes parásitas.

Las placas de acero al silicio son laminadas en frío, seguidas de un tratamiento térmico adecuado que permite que los granos magnéticos se orienten en el sentido de la laminación, están cubiertas por una fina capa de material aislante y se fabrican dentro de los límites máximos de pérdidas electromagnéticas, que varían entre 1.28 W/Kg y una densidad de flujo de 1.50 Tesla a 1.83 W/Kg, que corresponde a una densidad de flujo de 1.7 Tesla a la frecuencia industrial (60 Hz).

Las dimensiones del núcleo magnético se deben hacer equilibrando el número de espiras de la bobina con las dimensiones del núcleo de fierro. Si se usan bobinas con pocas espiras, entonces se debe emplear un núcleo magnético de grandes dimensiones. Por el contrario, si se usan bobinas con muchas espiras entonces el núcleo de acero reduce sus dimensiones.

Devanados

Estos devanados están formados por bobinas primaria y secundaria, y en algunos casos de terciarias. Los conductores son normalmente de cobre electrolítica, aislados con esmalte y cubiertos con cintas de algodón o papel especial, eventualmente se usa conductor de aluminio.

De acuerdo con la clase de aislamiento pueden ser:

Clase A – Límite 105°C

Clase E – Límite 120°C

Clase B – Límite 130°C

Clase F – Límite 155°C

Clase H – Límite 180°C

Cambiador de derivaciones

El cambiador de derivaciones (Taps) tiene la función básica de elevar o reducir la tensión secundaria del transformador de acuerdo al nivel de tensión en el primario. El cambiador de derivaciones no corrige la falta de regulación de un sistema, cuando la variación de tensión es muy grande en una red, considerando los distintos puntos de la curva de carga diaria, el cambio de derivación se debe tomar con cautela, para que no se tenga en un determinado momento niveles de tensión intolerables en el secundario del transformador. Por lo tanto, la utilización correcta del cambiador de derivaciones, se hace cuando la tensión está permanentemente baja. Los cambiadores de derivación se clasifican como: con carga y sin carga. Los cambiadores con carga sólo se usan en transformadores de gran potencia en las redes de transmisión, en tanto que los cambiadores sin carga se usan en los transformadores de potencias bajas usados en las redes de distribución o en aplicaciones industriales.

Termómetro

Normalmente los transformadores de potencia con potencias mayores de 500kVA disponen de un termómetro localizado en su parte superior, para que se tenga información de la potencia instantánea y de la máxima que se registre en el período de operación.

Los termómetros tienen contactos auxiliares que posibilitan el accionamiento de la señalización de advertencia o de la apertura del interruptor cuando la temperatura supera los niveles preestablecidos.

Indicador de nivel

Los indicadores magnéticos de nivel tienen como finalidad indicar el nivel de los líquidos y también cuando están previstos de contactos para alarma sirve también como protección para los transformadores con los que operan los transformadores de potencia están generalmente dotados de dispositivos externos que permiten indicar el nivel de aceite en el tanque, por lo general se construyen con cubierta de aluminio con las partes móviles de latón, las agujas establecen dos contactos, siendo uno para el nivel mínimo y el otro para el nivel máximo.

Base para arrastre

Los transformadores de distribución tienen una base con las laterales dobladas de manera que no permita que del mismo toque el piso. Los transformadores de potencia tienen unas trabes transversales fijas a su base, permitiendo con esto que se puedan arrastrar sin afectar su base.

Dispositivo para muestra de aceite

Los transformadores generalmente están dotados por medio de un dispositivo para retirar muestras de aceite, este dispositivo está localizado en la parte inferior, que es donde se concentra el volumen de aceite contaminado este dispositivo consta de una válvula de drenaje.

Válvula de alivio de presión

Los transformadores de potencia deben poseer un dispositivo que sea accionado cuando la presión interna del equipo alcance un valor superior al límite máximo admisible, permitiendo una eventual descarga del aceite.

Las válvulas utilizadas para esta finalidad deben tener contactos eléctricos auxiliares con el fin de permitir la desconexión del interruptor de protección. La diferencia entre un relevador de súbita presión y una válvula de alivio de presión, es que el primero actúa durante la ocurrencia de una variación instantánea de presión interna, en tanto que la segunda opera en la eventualidad de que la presión rebase un límite establecido.

Las válvulas de alivio de presión de cierre automático se instalan en transformadores inmersos en líquido aislante

con la finalidad de proteger los contras posibles deformaciones o ruptura de tanque, en casos de fallas internas con presencia de presión elevada, son muy rápidas y operan aproximadamente en 2 m segundos, cerrándose en forma automática después de su operación e impidiendo así la entrada de cualquier agente externo al transformador.

Placa de características

Todos los transformadores deben tener una placa que identifique sus principales características eléctricas y funcionales, esta placa de características en general tiene un formato rectangular con un espesor de 0.8 mm y debiendo tener los datos impresos bastante legibles, debe ser resistente a la corrosión, por lo que pueden ser de aluminio anodizado o de acero inoxidable y estar montadas en una base que impida su deformación

Relaciones fundamentales

En un transformador, la relación de transformación es el número de vueltas del devanado primario dividido por el número de vueltas de la bobina secundaria; la relación de transformación proporciona el funcionamiento esperado del transformador y la tensión correspondiente requerida en el devanado secundario.

Si se requiere una tensión secundaria menor que la tensión primaria, transformador reductor- el número de vueltas en el secundario debe ser menor que en primario, y para transformadores elevadores es al revés; cuando la relación de transformación reduce la tensión, eleva la corriente y viceversa, de manera que la relación de transformación de corriente y tensión en un transformador ideal está directamente relacionado con la relación de vueltas o espiras.

La relación de transformación en transformadores no ideales

Desafortunadamente, los transformadores no son ideales, y en un transformador real la relación de tensiones o de corrientes pueden no ser igual a la relación de transformación, debido a las diferentes pérdidas eléctricas como las debidas al  núcleo de hierro del transformador (pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas) y a las pérdidas en el cobre (debido a la resistencia eléctrica de los devanados primario y secundario); por lo tanto, los fabricantes diseñan los transformadores de manera que se minimicen estas pérdidas, para obtener una máxima eficiencia a plena carga, superior al 95% de transformación de la potencia, proporcionando así una relación de tensiones que difiera como máximo en un 5% a la relación de transformación.

Puesto que los transformadores están sujetos a varios esfuerzos y cambios en su vida útil, eléctricos y mecánicos, la adecuada relación de transformación debe ser verificada antes de ponerlo en servicio y durante los diferentes programas de mantenimiento, lo cual es el objetivo principal del equipo de pruebas de relación de transformación; por lo tanto, la relación medida con los diferentes probadores de relación de transformación (equipos TTR) incluye las pérdidas que normalmente se encuentran en el transformador, lo que resulta en una relación diferente a las de las vueltas físicas, pero que refleja la relación de tensiones real esperada por el fabricante y el usuario, o verdadera relación de transformación.

Transformador en carga

En un transformador en carga, se aplica generalmente al primario la tensión nominal y la tensión de secundario es función de la carga que tiene acoplada. Las principales características de un transformador en funcionamiento, que permiten la elección entre varios, son, como ya debería saber el alumno, la regulación y el rendimiento.

La regulación, r, es una medida de la variación que experimenta la tensión del secundario cuando aumenta la carga, con factor de potencia fijo, desde circuito abierto hasta plena carga o nominal. Cuanto menor sea la regulación de un transformador, mejor será su funcionamiento en cuanto a caída de tensión interna (ΔV).

Otro factor importante a la hora de elegir un transformador es el rendimiento. El rendimiento se define como el cociente entre la potencia que el transformador transfiere a la carga conectada en el secundario y la que se suministra al transformador, siendo esta última la suma de la potencia suministrada a la carga más la potencia perdida en el transformador.

Transformador en Vacío

La potencia absorbida por el transformador trabajando en vacío es aproximadamente igual a las pérdidas en el hierro (las nominales si se aplica la tensión nominal en el primario) y se desprecian la pequeña pérdida que puede haber en el cobre. Para efectuar el ensayo de vacío, el transformador se dispone como se indica en la siguiente figura:

La potencia Po que absorbe el transformador en vacío la indica el vatímetro. La lectura del amperímetro A1 es la corriente I1o absorbida desde el primario y los voltímetros V1 y V2, indican, Sistemas Eléctricos. La tensión V1o a la que hemos conectado el transformador y la tensión V2o de circuito abierto en el secundario.

Regulación

La regulación de un transformador se define como la diferencia entre los voltajes secundarios en vacío y a plena carga, medidos en terminales, expresada esta diferencia como un porcentaje del voltaje a plena carga. Para el cálculo del voltaje en vacío se debe tomar en consideración el factor de potencia de la carga.

Las cargas de los transformadores de potencia varían constantemente, ocurriendo la mayor variación en los periodos de mayor actividad industrial y comercial, esto provoca que los voltajes en los secundarios de los transformadores varíen de acuerdo con la carga y el factor de potencia, dependiendo si está en atraso, en adelanto o si es la unidad. Ya que todos los equipos eléctricos, electrónicos, motores, lámparas son muy sensibles a los cambios de tensión que pudiesen causarles daños es muy importante tener una buena regulación de voltaje, por lo que es muy importante conocer las características de los elementos constructivos de transformadores y líneas de transmisión, además de su comportamiento ante carga capacitiva, inductivas o resistiva.

El Coeficiente de Regulación de Voltaje o la Regulación de Voltaje (RV) es una cantidad que compara el voltaje de salida sin carga (en Vacío) con el voltaje de salida a plena carga y se define por la ecuación.

Para obtener la regulación de tensión en un trasformador se requieren entender las caídas de tensión que se producen en su interior. La regulación de tensión de un transformador depende tanto de la magnitud de las impedancias como del Angulo de fase de la corriente que circula por el transformador. La forma más fácil de determinar el efecto de la impedancia y de los ángulos de fase de la intensidad circulante en la regulación de voltaje del transformador es analizar el diagrama fasorial, es un esquema de tensiones e intensidades fasoriales del transformador.

Autotransformador

Un autotransformador es un transformador especial ya que tiene un único devanado que actúa a la vez de primario y de secundario.  Puede ser concebido como un transformador con un solo bobinado con sus dos bornes accesibles y con un tercer borne accesible que conecta a una toma intermedia del bobinado y el cuarto borne común a alguno de los dos primeros. En otras palabras, serían dos bobinados conectados de tal manera que tienen dos de sus cuatro bornes accesibles conectados en común.

Funcionamiento

El principio de funcionamiento es el mismo que el del transformador común, entonces la relación de transformación entre las tensiones y las corrientes y el número devueltas se mantiene.

Las corrientes primaria y secundaria están en oposición y la corriente total que circula por las espiras en común es igual a la diferencia de la corriente del devanado de baja tensión y el devanado de alta tensión.

Para que un autotransformador funcione Adecuadamente los dos devanados deben tener el mismo sentido de bobinado.

Construcción

Existen autotransformadores con varias tomas en el secundario y, por lo tanto, con varias relaciones de transformación. De la misma manera que los transformadores, los autotransformadores también pueden equiparse con cambiadores de toma automáticos y utilizarlos en sistemas de transmisión y distribución para regular la tensión de la red eléctrica. También existen autotransformadores en los que la toma secundaria se logra a través de una escobilla deslizante, permitiendo una gama continua de tensiones secundarias que van desde cero hasta la tensión de la fuente.

Ventajas

·         Solo un porcentaje de la energía se trasmite por inducción

·         El autotransformador por sus características se viene a ser de menor tamaño por lo que ocuparía menor espacio

·         Existe menor flujo del campo y menor tamaño del núcleo de hierro.
Se obtienen autotransformadores más livianos.

·         El autotransformador lleva un solo bobinado

·         Menores caídas de tensión

·         Menor intensidad de vacío

·         Es más fácil de construir y requiere menos cobre.

·         En consecuencia, es más económico.

·         Parte de la energía del autotransformador se transmite eléctricamente.

·         Las perdidas eléctricas siempre son menores que las perdidas magnéticas

·         El autotransformador tiene mayor rendimiento

·         El autotransformador genera más potencia que un transformador normal de especificaciones similares

·         Tiene una tensión de cortocircuito pequeña lo que plantea el inconveniente de que la corriente en caso de corto circuito es elevada

·         Transfiere más potencia que un transformador normal

Ventajas del transformador

Una firma de buena rentabilidad debe tener su propio transformador eléctrico, de esta manera se tiene la obtención de la fuerza, se recibe la bondad de aumentar o rebajar la intensidad de fuerza eléctrica sosteniendo la frecuencia alcanzando cubrir las labores determinadas en la distribución electrónicas. Todos los transformadores son imprescindibles para el conducción asequible de la electricidad que se emplea en residencias, pymes, firmas etc.

Los transformadores conservan una flujo permanente y orientan índole de energía que aplica en su sistema con el intención de entregar energía continua, unas instrumentos generan un porcentaje de baja, debido a su tamaño y fin.

La actividad de un transformador consta de energía mecánico-eléctrica que superpuesta se maneja y circula por él una fuerza externa y se origina un sector magnetizado, el mecanismo del sitio engendrará una fuerza electromagnética de la que derivará la energía cristalina que sustentará el uso de los mecanismos potencialmente.

Crean transformadores para todo ejemplos de trabajo según sus aplicaciones, uno es el disminuido de flujo usado por empresas, el acortado se proyectan para incrementar o aminora la potencia de conducción, los transformadores más capaces son los que obran en sistema de enfriamiento ya que gozan de un tiempo más perenne y provechosa.

En temas de cuotas, un transformador de potencia es considerablemente más alto que un transformador convencional, comprar un transformador de potencia económico puede resultar más gastos a causa de la baja capacidad que lanza y logrará retrasar nuestro período de funciones.

Para una firma que requiere de electricidad ininterrumpida y alta es preferible implementar un transformador de energía y, por consecuencia, precaver la estrechez de fuerza en el dispositivo que está utilizando a la luz.

Transformador en paralelo

Cuando varios transformadores se conectan en paralelo se unen entre sí todos los primarios, por una parte, y todos los secundarios por otra. Esto obliga a que todos los transformadores en paralelo tengan las mismas tensiones (tanto en módulo como en argumento) primaria y secundaria. De esto se deduce que una condición que se debe exigir siempre para que varios transformadores puedan conectarse en paralelo es que tengan las mismas tensiones asignadas en el primario y en el secundario; es decir, la misma relación de transformación

En el caso de que se trate de transformadores trifásicos conectados en paralelo, no sólo es necesario garantizar que los valores eficaces de las tensiones asignadas primaria y secundaria (de línea) de todos los transformadores sean iguales, sino también sus argumentos. Esto indica que las condiciones necesarias para que varios transformadores trifásicos se puedan conectar en paralelo son que tengan la misma relación de transformación de tensiones MT y el mismo índice horario.

Consideraciones para la puesta en paralelo de transformadores

·         Los dos transformadores han de estar alimentados por la misma red y tener la misma tensión y frecuencia.

·         Si las potencias son diferentes, la potencia total disponible será ligeramente inferior (Max. 10%) de la suma de las potencias acopladas.

·         La potencia del transformador más grande no sobrepasará el doble de la del más pequeño.

·         Las conexiones deben tener la misma longitud y las mismas características entre los bornes de BT de los diferentes transformadores y el disyuntor de acoplamiento.

·         Los acoplamientos de los transformadores deben ser idénticos o compatibles (el mismo 4 índice horario o índice compatible)

·         Las tensiones de cortocircuito han de ser idénticas o con una diferencia máx. del 10%

·         La diferencia entre las tensiones en los secundarios de los distintos transformadores no debe ser superior al 0,4 %.

·         Los conmutadores de tomas de los transformadores deben tener las mismas posiciones de reglaje de tensiones.

·         Comprobar que los conmutadores de tomas están en las mismas posiciones y se corresponden a las mismas tensiones asignadas.

·         Comprobar que las bornes del lado primario están conectadas a las mismas fases de las tensiones de línea en todos los transformadores.

·         Verificar que los neutros de los transformadores acoplados en paralelo están unidos a una misma toma de tierra, o bien están unidos eléctricamente a través de un conductor. Esta es una condición fundamental para el buen reparto de las cargas entre transformadores y para que la medida de tensión entre fases homólogas se realice correctamente.

Condiciones deseables de trabajo

Podemos relacionar las condiciones de trabajo con el tipo de mantenimiento que se le realiza a dichos motores. Al estar en constante funcionamiento, es lógico que se les aplique mantenimiento predictivo.  A través de estos programas de mantenimiento se pretende conocer el estado de los equipos y determinar la existencia de defectos con el fin de anticiparse a un posible fallo y programar adecuadamente las operaciones periódicas de mantenimiento del transformador o su eventual sustitución.

Los análisis y ensayos ligados al mantenimiento predictivos de los transformadores se pueden clasificar en tres grandes grupos. En el primero de ellos se incluyen los análisis físico-químicos del aceite. En esencia, estos análisis permiten determinar el estado del aceite, detectar indicios de contaminación y evaluar su grado de envejecimiento, características que tienen una influencia decisiva en las propiedades dieléctricas y refrigerantes del aceite. Un segundo grupo de ensayos se asocia con las técnicas cromatografías empleadas para llevarlos a cabo. Mediante un análisis por cromatografía de gases se rastrean, y en medida de lo posible se caracterizan, posibles defectos incipientes en el transformador. El último grupo de ensayos son los que se realizan “in-situ” sobre el propio transformador. Permiten confirmar y, en el mejor de los casos, localizar los posibles defectos detectados usando las técnicas analíticas del aceite. La información obtenida a través de toda esta batería de ensayos ayuda a tomar las decisiones más adecuadas en relación a la operación y mantenimiento del transformador.

Paralelo de transformador trifásico

    Generalmente se presentan los siguientes casos:

Los transformadores están conectados directamente sobre barras primarias y secundarias

Los primarios están conectados sobre barras y los secundarios e través de líneas largas en la red de distribución

Se estudiará el primer caso para el cual se analizarán las condiciones necesarias. En el segundo caso, los conductores intermedios tienden a regularizar la distribución de la carga pues equivalen a una impedancia más en serie, y habría que estudiar el sistema considerando la impedancia de la línea ZL en cada caso particular.

Condiciones necesarias: Para una correcta conexión en paralelo se deben verificar las siguientes condiciones:

1°) Iguales tensiones de líneas primarias e iguales las secundarias, lo cual implica igual relación de transformación.

2°) Igual desfase secundario respecto al primario, lo que implica igual grupo de conexión.

3°) Igual orden de rotación de las fases secundarias o igual secuencia

4°) Iguales caídas de impedancia relativa en %, (tensión de cortocircuito porcentual uCC %), siendo preferible que también se cumpla para sus componentes, caídas de tensiones óhmicas y reactivas porcentuales, uR % y uX % o diferencias no superiores al 10%

5°) Diferencias de potencias no muy elevadas, de 1 a 3 1ª Condición: Tensiones

Se analizarán los siguientes casos

: A) igualdad de tensiones

B1) Transformadores en vacío

B2) Dstintas tensiones

B3) transformadores en carga

A) Igualdad de tensiones Las tensiones primarias de los transformadores a conectar en paralelo deben ser iguales entre sí, lo mismo que las secundarias entre sí. Esto implica la igualdad de la relación de transformación. De esta manera no se presenta ningún problema para la conexión en paralelo. De no cumplirse aparecen inconvenientes que se pasan a analizar en el caso B.

                Paralelo de transformador monofásico

Cuando varios transformadores se conectan en paralelo se unen entre sí todos los primarios, por una parte, y todos los secundarios por otra (Fig. 0). Esto obliga a que todos los transformadores en paralelo tengan las mismas tensiones (tanto en módulo como en argumento) primaria y secundaria. De esto se deduce que una condición que se debe exigir siempre para que varios transformadores puedan conectarse en paralelo es que tengan las mismas tensiones asignadas en el primario y en el secundario; es decir, la misma relación de transformación.

 Las condiciones que obligatoriamente deben cumplir los transformadores que se desean conectar en paralelo son éstas:

* Transformadores monofásicos: Iguales relaciones de transformación m.

* Transformadores trifásicos: Iguales relaciones de transformación de tensiones mT e iguales índices horarios.

Además, es recomendable que los transformadores a conectar en paralelo (mono o trifásicos) también verifiquen la condición de igualdad de tensiones relativas de cortocircuito