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El concepto de transformadores eléctricos, su invención y desarrollo, tipos, uso y aplicaciones en sistemas eléctricos. Además, se abordan conceptos relacionados como relación de voltaje, impedancia aparente, regulación de voltaje y eficiencia.
Tipo: Resúmenes
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Kevin Estrada Valenzuela. NO. CONTROL: 19610740
Mario Alberto Anchondo Cuilty. CD. CUAUHTÉMOC, CHIH. 0 8 DE AGOSTO DE 2022
Un transformador es un dispositivo que cambia la potencia eléctrica alterna con un nivel de voltaje a una potencia eléctrica alterna con otro nivel. La acción de un campo magnético es el motivo por el cual puede ocurrir esta transformación. Los transformadores constan de dos o más bobinas de alambre conductor Enrolladas alrededor de un núcleo comun. Por qué son tan importantes los transformadores en la vida moderna. La invención del transformador y el desarrollo simultáneo de las fuentes de potencia alterna, eliminaron para siempre las restricciones referentes al alcance y a nivel de los sistemas de potencia. Un transformador cambia un nivel de voltaje alterno en otro sin afectar la potencia que se suministra. Si un transformador eleva el voltaje en un circuito, debe unir la corriente para aumentar la potencia que entra en el dispositivo igual es la potencia que sale de él. Se le eleva el voltaje para transmitirla largas distancias con pocas pérdidas y luego se reduce para dejarla nuevamente en un nivel de utilización final.. En un sistema moderno en potencia se generan potencias eléctricas o voltajes de 12 kV a 25 kV. Los transformadores elevan el voltaje hasta niveles comprendidos entre 100 kV y cerca a 1000 kV. Posteriormente los transformadores bajan el voltaje a un nivel de entre 12 y 34.5 kv. Tipos de construcción de un transformador. Los Transformador están utilizando para otros propósitos, para muestreo de voltajes, muestreo de corriente y acoplamiento de impedancia. Los transformadores de potencia se construyen de dos maneras. Un tipo de transformador consta de una pieza de acero rectangular, laminada, con los rebanados enrollado sobre los dos Lados del rectángulo. Éste tipo de construcción se le denomina tipo núcleo. El otro consta de un núcleo laminado, enrollas en la columna central el alambre de cobre. Esta clase se le denomina tipo acorazado. Los devanados primarios y secundarios están envueltos uno sobre el otro, lo que hace que se simplifica el problema de aislar el devanado alta tensión desde el núcleo y produce un menor flujo disperso. Hay dos transformadores para propósitos especiales que se utilizan con máquinas eléctricas y sistemas de potencia. El primero está diseñado de manera específica para hacer muestreo de alto voltaje.El segundo es un dispositivo diseñado para proveer una corriente secundaria mucho más pequeña pero directamente proporcional a su corriente primaria a este se le llama transformador de corriente. El transformador ideal. Éste es un dispositivo sin pérdidas que tiene un devanado entrada y un devanado de salida. N P vueltas de nombre en suelo primario y N S vuelta de alambre en su lado secundario. La relación entre la corriente que fluye lado del primario del transformador y la corriente que sale de lado secundario del Transformador esta dada por.
Si un circuito contiene un transformador ideal, la forma más fácil de analizar los voltajes y las corrientes del circuito, reemplazar la porción del circuito de un lado del transformador por un circuito equivalente. Su forma es exactamente la misma que la del circuito original. Los valores de voltajes en el lado que se reemplaza y los valores impedancia, la dirección de las polaridades se invertirá con respecto al circuito original. Teoría de operación de los transformadores monofásicos reales. Dos o más bobinas de alambre enrollado alrededor de un núcleo ferromagnético. Las características de un trasformó real son parecidas a las de el transformador ideal. La base de operación o transformador se puede derivar de la ley de Faraday, donde delta y es el flujo concatenado en la bobina través de la cual se induce el voltaje. El voltaje concatenado Delta es la suma del flujo qué pasa a través de cada vuelta de las bobinas. Relación de voltaje en el transformador. Éste flujo que está presente en la bobina primaria del Transformador. Qué efectos tiene la bobina secundaria del Transformador?. El efecto depende de qué tanto flujo llegue a la bobina secundaria, no todo el flujo que se produce en la bobina primaria paso a través de la bobina secundaria; algunas de las líneas de flujo abandonan el núcleo de hierro y pasan a través del aire. En esta ecuación significa que es la razón entre el voltaje primario causado por el flujo motor y el voltaje secundario causando por el efecto moto es igual a la relación de vueltas del Transformador. Corriente magnetización de un transformador real. Si los valores de la corriente que se requiere para producir un flujo dado se compara con el flujo en el núcleo en otros momentos, es posible hacer una gráfica de la corriente magnetización del devanado en el núcleo. La corriente magnetización en el transformador no es sinusoidal. El flujo pico alcanza el punto de saturación en el núcleo, un pequeño incremento en el flujo pico requiere un gran aumento en la corriente magnetización pico. El componente fundamental de la corriente magnetización atrasa 90° el voltaje aplicado el núcleo. Los componentes de las frecuencias más altas de la corriente monetización pueden ser bastante grandes en comparación con la componente fundamental. Las corrientes parásito son mayores cuando el flujo en el núcleo pasa por cero Wb. Relación de la corriente en un transformador y la convención de puntos.
El significado físico de la convención de puntos es que una corriente que fluye hacia el extremo de un devanado marcado con el punto produce una fuerza magneto motriz positiva, si una corriente fluye hacia el extremo de un devanado marcado con un punto y otra fluye hacia fuera de un extremo marcado con un punto, Entonces las fuerzas magneto motriz se cancelan entre sí. Fuerza magneto motriz neta debe producir el flujo neto en el núcleo, para que la fuerza magneto motriz sea casi cero, la corriente de fluir hacia dentro de en un extremo marcado con punto y hacia fuera del otro extremo marcado con punto. El circuito equivalente de un transformador. Las pérdidas que ocurren en los transformadores reales deben tenerse en cuenta para obtener un modelo exacto del comportamiento de un transformador, las pérdidas en el cobre son causadas por el calentamiento resistió a los demandados del primario secundario. Las pérdidas por corrientes parásitos, son provocadas por el calentamiento resistido en el núcleo de Transformador. Perdidas por histéresis, están asociadas con la reubicación de los dominios magnéticos en el núcleo Durante cada semiciclo. Flujo disperso; los flujos que escapan del núcleo y pasan a través de un solo uno de los demandados del Transformador. Circuito equivalente exacto de un transformador real. El efecto más sencillo de valuar son las pérdidas en el cobre. Estas pérdidas son resistivas, equivalen a la colocación de un Resistor en el circuito primario el transformador y un Resistor en el circuito secundario. Debido a que buena parte del recorrido del flujo disperso es a través del aire, ya que el aire tiene una reluctancia constante mucho mayor a la del núcleo, el flujo es directamente proporcional a la corriente del primario mientras que tenemos un flujo secundario el cual es proporcional también a la corriente del secundario. La corriente magnetización es proporcional al voltaje aplicado al núcleo y tiene 90° de retraso con respecto al voltaje aplicado, se puede modelar por una reactancia X M. La corriente de pérdidas en el núcleo es una corriente proporcional al voltaje aplicado al núcleo que está en fase con el voltaje aplicado por lo que se puede considerar como una resistencia Conectada a través de la fuente de voltaje primaria. Aunque es un modelo exacto de un transformador no es muy útil para analizar circuitos prácticos que contienen transformadores casi siempre es necesario convertir todo el circuito en uno equivalente con un solo nivel de voltaje, el circuito equivalente se debe referir a soldado primario o a su lado secundario.
Es un sistema de potencia seleccionar la potencia aparente y el voltaje con base en un punto específico al sistema, el voltaje cambia al pasar a través de un transformador, por lo que el valor de voltaje base cambia en cada transformador del sistema de acuerdo con su relación de vueltas. Cuando se analiza un solo aparato, se usan sus propios valores nominales como la base del sistema por unidad. Si se utiliza un sistema por unidad basado en los valores nominales del Transformador, las características del transformador de potencia o de distribución no cambiará mucho dentro de una amplia gama de valores de voltaje y potencia. Debido a que los valores por unidad dan una forma conveniente significativa para comparar Las características de los transformadores cuando son diferentes tamaños, las impedancia del transformador normalmente se van por unidad. Un procedimiento común es escoger las cantidades base del sistema de tal manera que sean iguales a la base del componente más grande en el sistema. Regulación de voltaje y eficiencia de un transformador. Debido a que un transformador real tiene dentro de el impedancia en serie, el voltaje de salida de un transformador varía con la carga incluso cuando el voltaje de entrada permanece constante. Se acostumbra definir una cantidad llamada regulación de voltaje la cual es una cantidad que compara el voltaje de salida de un transformador sin carga con el voltaje de salida a plena carga. Diagrama fasorial del transformador. Es necesario entender las caídas de voltaje en su interior. Se pueden ignorar los efectos de la rama de excitación en la regulación de voltaje del transformador, la regulación de voltaje de un transformador depende tanto de la magnitud de las impedancia en serie como del ángulo de fase. Eficiencia del Transformador. La eficiencia de un aparato se define por la ecuación:
Los circuitos equivalentes del transformador facilitan los cálculos de eficiencia. Hay tres tipos de pérdidas en los transformadores la de cobre la histéresis y las corrientes parasitas. Para calcular la eficiencia de un transformador con cargada, simplemente adición en las pérdidas de cada Resistor y aplique la ecuación La eficiencia del transformador se puede expresar como: Tomas y regulación de voltaje en los transformadores. Los transformadores de distribución tienen una serie de tomas en los de bananos para Permitir pequeños cambios en la relación de vueltas del transformador después de haber salido de la fábrica. Las tomas de un transformador permiten ajustar el transformador para acoplarse a la variación de voltaje local, cómo puede la compañía de electricidad suministrar un voltaje controlado otra vez a las líneas de alta impedancia a niveles de carga que cambian de manera constante?, Una solución a este problema es un salón transformador especial llamado Transformador conmutador de tomas bajo la carga. Un regulador de voltaje es un transformador con un circuito sensor de voltaje que cambia automáticamente las tomas para mantener constante el voltaje del sistema. El autoTransformador En ciertas ocasiones es deseable cambiar los niveles de voltaje únicamente en una pequeña cantidad, puede ser necesario aumentar el voltaje de 110 V a 120 V o de 13.2 V a 13.8 kilos volts. Éstos pequeños incrementos pueden ser necesarios debido a una caída de voltaje en el sistema de potencia localizado lejos de los generadores, se muestra el diagrama de un auto transformador elevador, el primer devanado se conecta de manera adictiva al segundo devanado. El primer devanado se llama devanado común, ya nada más pequeño se llama devanado en serie de video que está conectado con el demandado común. Debido a que las bobinas de Transformador están conectados físicamente, para el auto Transformador se utiliza una terminología diferente a los de otros tipos de transformadores.
en un banco trifásico. Otra alternativa es construir un transformador trifásico con tres grupos devanados enrollados en el núcleo común. Conexiones de transformador trifásico Los primarios y secundarios de cualquier transformador se pueden conectar independientemente en estrella o en Delta esto nos da total de cuatro conexiones posibles en el banco de un transformador trifásico el primero lo tenemos como: La impedancia, la regulación de voltaje, la eficiencia de los demás cálculos para los transformadores trifásicos se llevan a cabo con base en un circuito por fases, utilizando exactamente las mismas técnicas desarrolladas para los transformadores monofásicos. Conexión estrella-estrella. En una conexión de este tipo el voltaje primario en cada fase del transformador estaba por Vd=Vlp/sqrt (3). El voltaje de fase primario se relaciona con el voltaje de fácil secundario por medio de la relación de vueltas del Transformador. El voltaje de fase en el secundario estado por la relación con la línea voltaje de secundario por Vls=sqrt(3)Vs Si se aplica un grupo trifásico de voltajes a un transformador de este tipo los voltajes en cualquier fase están separados por 120°, estos componentes siempre se adicionan (tercera armónica). Esto se puede resolver de dos maneras: una desconectando sólidamente a tierra los neutros de los transformadores y la otra es añadir un tercer devanado conectado también de la misma forma al banco de los transformadores. Si se añade al transformador un tercer devanado conectado de esta forma entonces los componentes de voltaje la tercera armónica se sumarán y causará un flujo de corriente circulante dentro del devanado. Conexión Estrella- Delta Se muestra una conexión de este tipo de los transformadores trifásicos. En esta conexión el voltaje de línea primario está relacionado con el voltaje de fase primario dado por:Vlp=sqrt(3)Vp, Mientras que el voltaje de línea secundario es igual al voltaje de fase secundario. Esta conexión de este tipo no presenta problemas con los componentes en sus voltajes de la tercera armónica, puesto que se consumen en la corriente circulante en el estado de Delta. Esta conexión también es más estable con respecto a las cargas desequilibradas. Éste reloj presenta un problema. Debido a la conexión, el voltaje secundario se desplaza 30° con retrase al voltaje primario al transformador. Esto puede causar problemas en la puesta en paralelo de los secundarios de los bancos de transformadores. Conexión Delta-Estrella El voltaje de línea primario es igual al voltaje de fase primario mientras que los voltajes secundarias están dados por la relación voltaje igual a raíz de tres voltaje secundario, por lo tanto, la relación de voltaje de línea línea estado por la conexión Esta conexión tiene las mismas ventajas del mismo desplazamiento de fase que el transformador anterior ocasiona que
el voltaje secundario este comenté en el anterior en retrasa 30° con respecto al primario. Conexión Delta Delta : es una conexión en la cual el voltaje primario es el voltaje primario hablando de línea colocar la relación entre los voltajes de línea en el primario secundario Instalado por voltaje de línea en el primario entre voltaje lineal secundario y lugar al voltaje en el primario entre el voltaje en el secundario. El sistema por unidad de los transformadores trifásicos Se aplica tanto a los transformadores trifásicos como a los monofásicos. Las ecuaciones básicas se aplican al sistema de los trifásicos con un puente por fase si el valor en bola & base total del banco de Transformador se llama S base entonces el valor en bola amperes base de uno de los transformadores simplemente añadimos Una L mayúscula la cual es por línea. Transformación trifásica utilizando dos transformadores Esta técnica se emplea algunas veces para crear potencia trifásica en ocasiones en las que no está disponible las tres líneas de potencia. Si hay un usuario aislado de potencia trifásica a lo largo de la ruptura atendida por una de las líneas de distribución con dos de las tres fases, se puede usar esta técnica para crear una potencia trifásica. Todas las técnicas que se crean potencia trifásica con sólo otros formadores involucran una reducción de la capacidad de manejo de la potencia de los transformadores. Podemos encontrar cuatro tipos de conexiones: Si los dos voltajes qué permanecen son Va Igual a V 0° y V ah igual a V ángulo 120° volts entonces el voltaje que pasa a través de la apertura que dejó el 3 transformador está dado por Si ejemplifica como si siguiera viendo un tercer Transformador ahí a la cual fácil se le llama fase fantasma, entonces la conexión Delta abierta posibilita que un banco de transformadores sigue funcionando con sólo dos de sus transformadores. En principio parece que podría suministrar tan sólo 2/3 de su potencia aparente nominal. Pero la potencia máxima que puede suministrar a la carga instalada por: Un transformador produce potencia reactiva que consume el otro. Éste intercambia energía entre los dos transformadores es lo que limita la potencia de salida a un 57.7% del valor nominal del banco original en lugar del esperado 66.7%.
Éste flujo máximo es el doble del flujo en estado estacionario. Si se examina la curva de magnetización es fácil ver que duplicar el flujo máximo en el núcleo causará una corriente magnetización enorme. Para cualquier otro ángulo de fase aplicado entre 90°, que no causa problema, y 0°, que es el peor caso, hay ciertas cantidad de flujo de corriente en exceso. Placa de características del Transformador La información en esta placa incluye el voltaje nominal los kilovoltamperios nominales, la frecuencia nominal y la impedancia de serie por unidad del transformador. También muestra voltaje nominal para cada toma en el transformador y su esquema de cableado. Conclusión Un transformador es un aparato para convertir energía eléctrica con un nivel de voltaje a otro nivel. Tiene una función importante en la vida moderna y hace posible la transmisión económica de energía a largas distancias. Cuando se aplica un voltaje primario o transformador, el flujo que se produce en el núcleo estado por la ley de Faraday. El flujo variable en el núcleo induce un voltaje en el devanado secundario del transformador. Debido a que los núcleos de los transformadores tienen una permeabilidad muy alta, la fuerza magneto motriz neta que se requiere en el núcleo para producir un flujo es muy pequeña. Nos hemos dado cuenta que las cosas han cambiado desde que se empezaron a utilizar los transformadores ya que siempre Tenemos pérdidas de voltaje mínimas y gracias a esto tenemos muchas máquinas eléctricas con las cuales podemos hacer más fácil en los trabajos, y esto se logra gracias a que siempre tenemos energía eléctrica a nuestro alcance.
