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Universidad Nacional Autonoma De Honduras
Facultad De Ingeniería
Depto. Ingeniería Eléctrica Industrial
Laboratorio Circuitos Eléctricos II
Los Transformadores Eléctricos.
Sección Laboratorio: Miércoles 1400
Instructor: Leonardo Antonio Hernández
Integrantes Número de cuenta
• José Carlos Mendoza García.
• Víctor Allain Pogo Girón.
Catedrático: Ing. Roque Alexander López
Tegucigalpa M.D.C 22 de Marzo de 2019
Resumen
A continuación, se presenta este informe para lograr entender todos los tipos de transformadores que existen en el mundo y por cuales leyes se rigen. Se trata de dar una breve explicación sobre cada uno y entender la teoría que estos conllevan para lograr un funcionamiento optimo en la industria y así comprender que transformador utilizaremos para cada ocasión que se nos presente en la vida real. Tendremos unos anexos sobre cada tipo de transformador y a que voltaje y corriente operan.
Palabras Clave
Electromagnetismo: Es una rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron presentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell en el año
Bobinas: Las bobinas son un elemento pasivo de dos terminales capaz de generar un flujo magnético cuando se hace circular una corriente eléctrica.
Fuerza Electromotriz: es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado.
Resina Epoxi: Es un polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador.
objetivos
1. Analizar todo tipo de transformador que existe
y lograr tener una idea de cual utilizar en cada caso de una situación en la industria.
2. Comprender las formulas del transformador
monofásico y trifásico, relacionar cada uno entre sí.
3. Investigar sobre los super transformadores y
en que caso se utilizan, a que voltaje se llega a utilizar este tipo de transformador.
Marco Teórico
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas,
dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Hace algo más de un siglo que se inventó el Transformador. Este dispositivo ha hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores de electricidad (centrales eléctricas) de los consumidores.
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.
Recuerda: 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 230V 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.
Existen diferentes tipos de transformadores y diversas formas de clasificar a los transformadores. Tanto como por su funcionalidad (de potencia, comunicaciones, de media), por sus aplicaciones (reductor de voltaje, de aislamiento, de impedancia), entre otros diferentes tipos de clasificaciones.
Tipos de transformadores:
■ Por su fase (monofásico, trifásico)
Para hallar el número exacto de vueltas en devanado primario se empleará la formula
N1 = 10^8 X V1 / 4.44 X F X S X B
DONDE:
*10^8: toma el lugar de 100,000,
- V1: es el voltaje primario
*4.44: es un factor
*F: es la frecuencia
*S: es el área del núcleo
*B: inducción magnética en Gauss del núcleo elegido.
B) Numero de espiras para el bobinado secundario.
El próximo paso es dividir el número de espiras del primario 427 por el voltaje de línea (120) para obtener el número de vueltas por voltio. Esto será de aproximadamente 3.55.
Las vueltas necesarias en el secundario para el voltaje de salida de 1.5v será:
1.5 x 3.55 =5 vueltas.
Debemos tener en cuenta las pérdidas que tendrá el transformador, así que lo compensaremos con un aumento de un 4% en el número de vueltas.
También consideraremos la "regulación," es decir, la condición que afecta al voltaje de salida, desde la falta de carga hasta la carga total. Así que tomaremos un aumento del 2% en el número de vueltas para compensar esta condición.
De manera que, al aumentar las 5 vueltas calculadas en un 6%, o sea un total de 6 vueltas.
C) CORRIENTE DEL DEBANADO PRIMARIO
Teniendo los datos del número de espiras del segundario, el número de espiras del primario y la corriente del secundario se podrá determinar por medio de la relación de transformación el valor de la corriente del primario, es decir:
Ip= Ns x Is /Np Ip= 6N x 1 A / 427N = 0.
D) CALIBRE DE LOS CONDUCTORES DE LOS BOBINADOS
Tomando los datos obtenidos de corriente, se relacionan los valores de la tabla de calibres y por medio del número más aproximado se determinará la sección de los conductores.
E) POTENCIA DEL TRANSFORMADOR
se puede determinar mediante la siguiente formula:
P= V x I P = 120V x 1A = 120W
Un Transformador Monofásico es un dispositivo eléctrico diseñado para transferir corriente alterna o tensión de un circuito eléctrico a otro. Por inducción electromagnética.
Un transformador puede diseñarse para subir o bajar las tensiones. Los transformadores por lo general tienen una larga vida útil si trabajan en condiciones normales.
También es un componente electrónico, que transmite energía eléctrica de un circuito a otro sin modificar su frecuencia.
Termina su aplicación a través de la inducción electromagnética. Básicamente, se compone de alambre inductivo y un centro de acero cubierto que ayudan a la transferencia de energía eléctrica.
Un transformador trifásico está formado por un conjunto de 3 devanados (bobinas) para el primario del transformador y otras 3 para el secundario o de salida del transformador. Todas las bobinas están montadas sobre un mismo núcleo o banco de chapas magnéticas, pero en 3 columnas diferentes.
Como el trafo está montado en lo que llamamos un banco de chapas magnéticas, a este tipo de transformadores se les suele llamar "Banco Trifásico". Se puede decir que un transformador trifásico está constituido por tres transformadores monofásicos montados en un núcleo magnético común.
Antiguamente se utilizaban 3 transformadores monofásicos independientes conectados a una línea trifásica, pero tiene más pérdidas y son más caros, por lo que ya casi no se usan.
Los principios y finales de las bobinas del transformador se nombran en lado de alta tensión AT (nuestro caso el primario) con letras mayúsculas de la siguiente forma: A principio y A´ (A prima) final del primario. En el lado de baja tensión BT (secundario en nuestro caso) igual, pero con letras minúsculas aa´ principio y final de la bobina de la misma columna, pero del secundario.
Dependiendo de cómo estén conectadas las bobinas, el primario o el secundario pueden trabajar en estrella o en triángulo.
En la columna 1 tendremos las bobinas del primario y cuyo extremo A conectaremos a la fase L1 y, además, en esa misma columna tendremos arrollada la bobina
del secundario o de salida, que nos dará una tensión de salida diferente y que llamaremos l1. Esta salida l1 al exterior de la bobina del secundario se hace a través del extremo o borne a.
A la bobina de la columna 2 se conectará la fase L2 y la L3 a la tercera bobina de la columna 3.
En estos transformadores se introduce una tensión trifásica en el primario y se induce una fuerza electromotriz (fem) o tensión diferente en el secundario y también trifásica. Por ejemplo, si es un transformador reductor, tendremos una tensión elevada en el primario que se reducirá en el secundario. Sí es un transformador elevador, tendremos una tensión pequeña en el primario que aumentará en el secundario.
En el transporte y distribución de la energía eléctrica es donde más se utilizan hoy en día los transformadores trifásicos. A la salida de la central eléctrica elevamos la tensión mediante un transformador elevador para transportarla a otro sitio en alta tensión. Cuando vamos llegando al punto de consumo tendremos que ir reduciendo esta tensión elevada mediante transformadores reductores.
Cuando hablamos de tensión en el transformador se refiere a los voltios fuera del transformador y es la que metemos por el primario o la que sacamos por el secundario. Tensión en bornes del trafo.
Cuando hablamos de Fuerza Electromotriz (fem) es la creada o inducida por dentro del transformador, en las bobinas y también se mide en voltios.
Si analizamos una sola columna del trafo tenemos:
aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.
Características Generales: Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Transformadores Herméticos de Llenado Integral
Descripción: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.
Características Generales: Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Transformadores Rurales
Descripción: Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos. Transformadores Subterráneos
Aplicaciones Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza. Características Potencia: 150 a 2000KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 216,5/125;220/127;380/220;400/231V
Transformadores Auto Protegidos
Aplicaciones:
El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque.
Características:
Potencia: 45 a 150KVA
Alta Tensión: 15 o 24,2KV
Baja Tensión: 380/220 o 220/127V
Super Transformadores
Son transformadores de potencia en alta tensión y extra alta tensión en ambas tecnologías: tipo acorazado (Shell) y tipo columnas (Large Core).
Construcción: Intemperie.
Capacidades desde 45 MVA. Hasta 650 MVA (Shell) y 200 MVA (Core). Frecuencia de operación: 60 Hz.
Relación de transformación: En alta tensión hasta 525 Kv (Shell) y 500 kV (Core). En baja tensión 230, 115, 89, 69, 34.5, 25, 13.8 kV y otros.
Aplicaciones:
Transformadores de gran capacidad para procesos industriales, generación y transmisión de energía. Por ejemplo, en centrales de ciclo combinado: Principales, auxiliares y arranque. En centrales fotovoltaicas y eólicas: Subestación elevadora. En procesos de fundición: Subestación principal y horno.
CONCLUSIONES
1. Investigamos sobre cada transformador en la
industria y logramos comprender cada uno de ellos, también en qué situación se manejan.
2. Para los super transformadores, investigamos que se
manejan en extra alta tensión como decir 650 MVA, que sería un voltaje super alto.
3. Cada transformador tiene su diseño propio y son de larga
duración si se mantiene estable y con un buen cuidado.
REFERENCIAS
[1] C. Alexander y M. Sadiku, Fundamentos de Circuitos Eléctricos, Distrito Federal: McGRAW-HILL Interamericana Editores, 2013. Referencias
[2] J. A. Navarro, «Materiales de Física y Química,» IES Padre Manjón, 18 Enero 2018. [En línea]. Available: http://janavarro.iespadremanjon.es/images/elec2bach/ T4_Circuitos_CA. [Último acceso: 28 Octubre 2018].
