1 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.
4 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.
5 Fabricación núcleo: chapas magnéticas Conformado conductores devanados Catálogos comerciales Catálogos comerciales 3.1.2.- Aspectos constructivos: devanados y aislamientos III.
6 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.
9 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.
20 (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).
21 (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.
22 ? (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.
23 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.
24 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.
25 (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.
26 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.
28 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.
29 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.
30 (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.
31 (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.