Tema 2. Transformadores. Joaquín Vaquero López, 2014 Máquinas Eléctricas

Transcripción

1 Tema. Transformadores Joaquín aquero López, 04

2 0 Máquinas eléctricas estáticas 0 Transformador ideal y real Índice 03 Circuitos equivalentes 04 Corriente de vacío y de conexión 05 Transformadores trifásicos 06 Tipos de conexiones 07 Otros transformadores

3 3 Máquinas eléctricas estáticas Un transformador es una máquina estática en la que se conecta una fuente de CA de frecuencia f a un devanado inductor (primario) y entrega energía eléctrica de CA de frecuencia f a un circuito conectado al inducido (secundario) La potencia de primario y secundario son iguales f f S S

4 Transformador con pérdidas en el hierro P Fe y devanados ideales. Sin dispersión. Transformador ideal P P p p p p f t t sen t v e f t t sen t v e 4,44 )] ( [ 4,44 )] ( [ 4

5 Se cierra S. Aparece una f.m.m. que tiende a desmagnetizar el núcleo. Terminales correspondientes. Transformador ideal con carga i i L Z L E Z E i i i i i 0 0

6 Transformador con pérdidas en el hierro P Fe, flujo de dispersión y resistencia en los devanados Transformador real t i L R i e v t i L R i e v d d E E 6

7 Circuito equivalente del trafo exacto reducido al primario Circuito equivalente exacto E E E E E E E S R R R R X X X X 7

8 8 Circuito equivalente aproximado Circuito equivalente aproximado reducido al primario. Errores aceptables y mayor simplicidad de cálculo R X R X R X

9 9 Ensayo de vacío La potencia absorbida en vacío coincide aprox. con las pérdidas en el hierro o núcleo. R 0 0 P 0 n 0 cos( 0) P Fe Fe 0 cos( 0 ) sen( 0) 0 n RFe Fe X n

10 0 Ensayo de cortocircuito La potencia absorbida en cortocircuito coincide aprox. con las pérdidas en el cobre (devanados) n 0 P n cos( ) R X R R X X n cos( cos( ) n sen( n n sen( ) ) )

11 Caída interna de tensión Caída relativa de tensión nz n 00% nr n X R 00% X 00% n n

12 Caída interna de tensión Es la diferencia aritmética entre la tensión de salida de un transformador en vacío y en carga debido a la impedancia interna Se llama regulación a la caída de tensión interna expresada en % respecto de la tensión del secundario en vacío 0 c 0 00% n c n 00% Si la carga tiene un f.d.p. capacitivo, pueden aparecer tensiones en la carga mayores que la tensión de vacío. Efecto Ferranti C c R cos( ) C X sen( ) eselargumentoentre e

13 3 Falta o fallo de cortocircuito Cortocircuito a la salida en funcionamiento normal. Tensión nominal a la entrada. falta R CC X CC + n _ Z n falta 00 n falta n n

14 4 Pérdidas y rendimiento Pérdidas eléctricas en los devanados. Pérdidas en el Cu P Cu por efecto Joule. Ensayo de cortocircuito P R Pérdidas en el hierro P Fe. Histéresis y Foucault. Ensayo de vacío P Fe P 0 Pérdidas fijas P Fe y variables P cu Rendimiento Sólo de la potencia activa!!!! Cu n P P P P Total P pérdidas n n cos cos P Fe P Cu

15 5 Pérdidas y rendimiento Índice de carga C S S n n n n n P P Cu Cu R R n Para una corriente distinta de n C P P el rendimiento en función del índice de carga C C n cos cos P C n Fe P max P P C P Fe Cu Pérdidas fijas Fe 0 Copt Pérdidas variables nominales PCu P P P

16 6 Corriente de vacío Corriente de excitación de una bobina con núcleo magnético. Existen armónicos 3º, 5º y 7º principalmente. La corriente de vacío es del 5% al 8% de la corriente asignada, en régimen permanente.

17 7 Corriente de conexión El transitorio de conexión depende del instante de conexión y puede ser que el flujo de conexión sea directamente el de régimen permanente o que llegue a ser de hasta,5 veces el flujo de régimen permanente. Esto, debido a la curva de imanación produce corrientes de 5 a 8 veces la corriente asignada. Produce fuerzas electrodinámicas en los conductores de 5 a 8 veces las nominales. Las proteiones deben soportar estos transitorios sin desconectar.

18 8 Transformadores trifásicos Se pueden emplear tres trasformadores monofásicos. Antieconómico. Se puede reducir a un transformador de 3 columnas.

19 9 Transformadores trifásicos La columna central tiene menos reluctancia. Las corrientes de vacío será distintas en cada rama. Esta asimetría será despreciable en carga. Se considerará cada columna como un transformador monofásico. Magnitudes y relación de transformación en valores de fase para cada fase.

20 0 Tipos de conexiones Se conectan en estrella (con hilo de neutro o no) en triángulo y en zig-zag Designación habitual de terminales, mayúsculas para el lado de A.T. y minúsculas para el lado de B.T. (ABC, RST, UW) y de conexiones Yy, Dd, Zz

21 Tipos de conexiones En función de la conexión habrá desfases entre las tensiones de línea de primario y secundario. Índice horario. Método de representación gráfica de este desfase expresado en múltiplos de 30º. Ángulos positivos son los de retraso del lado de menor tensión (B.T.) respecto del de mayor tensión (A.T.) E 3 E E E E0º E E 0º E E 0º 3 Aplicando el convenio de índice horario E tendría un índice 4 (30º 4 = 0º) respecto de E, y E 3 un índice 8 (30º 8=40º)

22 Tipos de conexiones Proceso de determinación de la conexión. Tipos preferidos Se representan las tensiones (f.e.m.) de fase del devanado primario. Si está en triángulo o zig-zag, se representa su estrella equivalente equilibrada Se representan las tensiones (f.e.m.) de fase del devanado secundario. Los devanados en la misma columna producen tensiones en fase. Se superponen los diagramas. El ángulo horario es el que forman los dos vectores A-centro y a-centro. Conexión Dy

23 3 Conexiones de transformadores trifásicos Conexión Yy. Menos tensión y más corriente por los devanados que en D. Más rigidez mecánica. Bueno para A.T. Desequilibrio de tensiones con carga desequilibrada. Terceros armónicos de tensión. Conexión Yd. o tiene armónicos de tensión y trabaja bien con cargas desequilibradas. Las tensiones del secundario están desfasadas 30º de las del primario. Trafos de A.T. reductores al final de línea.

24 4 Conexiones de transformadores trifásicos Conexión Dy. gual que Yd. Para trafos elevadores de A.T. por igual razones que Yy. Para trafos de distribución con la y en el lado de baja, para poder conectar cargas monfásicas. El primario en D, tiende a compensar los desequilibrios de carga Conexión Dd. Para transformadores de B.T., porque usan más espiras de menor seión que las conexiones Y. Bien ante cargas desequilibradas Conexión Yz. Para B.T. en distribución. eutro aesible, bueno para desequilibrios pero necesita más material

25 5 Acoplamiento en paralelo Ante aumento de demanda o fuertes variaciones estacionales de carga es más rentable tener varios trafos en paralelo que uno grande. Deben tener el mismo índice horario y la misma relación de transformación.

26 6 Acoplamiento en paralelo Deben tener idénticas tensiones relativas de cortocircuito ε para que el reparto de carga sea proporcional a las potencias de cada transformador. Los índices de carga deben ser iguales. Son admisibles diferencias del 0% y relaciones de potencias 3: Z Z n Z n 00 n n n Z n 00 n n C C

27 7 Autotransformadores Un solo devanado se utiliza como primario y secundario. Transferencia de energía por acoplamiento magnético y por conexión eléctrica. Ahorro de hierro y cobre, menores pérdidas, mayor rendimiento. Baja tensión relativa de cortocircuito ε y falta de aislamiento galvánico.

28 8 Transformadores con tomas Un transformador con varias derivaciones o tomas que se conmutan para regular la tensión de salida a intervalos discretos En función de la aplicación las tomas pueden ir en el lado de A.T. o de B.T.

29 9 Transformadores de medida Transformadores para adaptar los niveles de tensión a los aparatos de medida. Transformadores de corriente. Se conectan en serie con la línea y el secundario en serie con el amperímetro. Diseñados para bajas induiones ya que el amperímetro es casi un cortocircuito. o dejar abiertos, se queman.

30 30 Transformadores de medida Transformadores de tensión. Deberán tener pocas caídas de tensión internas para reproducir fielmente la tensión de medida. Baja inductancia de dispersión, baja corriente de vacío.

31 3 Aspectos constructivos Transformadores monofásicos

32 3 Aspectos constructivos Transformadores trtifásicos

33 33 Aspectos constructivos Seión Apilamiento

34 34 [6.33 FRA MAQ]. Jesús Fraile Mora. McGraw-Hill. 6ª edición [ MAR PRO] Prontuario para el diseño eléctrico y electrónico. Salvador Martínez García. Marcombo - Boixareu editores. [ TEO DEC OL. y ] Teoría de Circuitos.. Parra, J. Ortega, A. Pastor, A. Pérez. UED B BBLOGRAFÍA