Principio del Transformador

Transcripción

1 Transformadores Oil tank High voltage bushing Low voltage bushing Profesor: Ing. César Chilet Cooling radiators Principio del Transformador La bobina primaria crea un flujo magnético variable, que circula por el núcleo. El flujo magnético variable enlazado por el devanado secundario induce la tensión que aparece entre sus bornes. I 1 I 2 U 1 U 2 Z 2 1

2 Definición Es un dispositivo el cual mediante inducción electromagnética transforma tensiones y corrientes eléctricas alternas o pulsantes entre dos o más devanados a la misma frecuencia y, usualmente, a valores diferentes de tensión y corriente. 3 Propiedades del transformador Aislar el circuito del primario del secundario. Generalmente eleva o reduce el nivel de tensión. 4 2

3 Función Mediante el circuito magnético, sirve como medio de transporte para la potencia y la energía, suministrada por la fuente hacia la carga El transformador, permite que los sistemas de: generación, transmisión, distribución y utilización, operen a los niveles de tensión adecuados (eficiencia y seguridad) 5 Transformador ideal 3

4 Hipótesis básicas Flujo varía senoidalmente. Régimen permanente senoidal. Núcleo con µ infinita. No es necesaria ninguna Fmm para magnetizar el núcleo. Todo el flujo está confinado dentro del núcleo, no esxisten inductancias de dispersión. Arrollamiento ρ con nula. Resistencias de los devanados es nula. 7 Relaciones de tensión I De este modo las tensiones inducidas son iguales a las tensiones en los terminales. Se sabe además que: (1) (2) Reemplazando (2) en (1) (3) 8 4

5 Relaciones de tensión II En régimen permanente senoidal se tiene entonces que: (4) O sea, además de la relación de módulo, las tensiones terminales están en fase. 9 Relación de transformación Es la razón entre la tensión nominal del devanado primario U 1 y la tensión de vacío en terminales del devanado secundario U 2. Relación de Transformación U a = U 1 2 5

6 Ley de Ampere. Relación de corriente I (5) H: es la intensidad de campo magnético e i env : es la corriente recorrida, también llamada fuerza magnetomotriz F mm. Como H y l poseen la misma dirección y sentido, entonces: (6) 11 Relación de corriente II En el transformador ideal: µ=, No existe necesidad de F mm para crear el Φ en el núcleo. Si la reluctancia R = 0 (porque µ es infinita ), no existe necesidad de fuerza magnetomotriz F mm para la existencia del flujo Φ. 12 6

7 Relación de corriente III Considerando la ecuación (6) F mm = 0, resulta que, en régimen permanente senoidal, o sea, la relación de corriente NI va a ser dada por: 13 Relación de potencia I Potencia de salida (S 2 ). O sea De ésta forma, la relaçión de potencia N S es unitaria (7) De (7) tenemos (8) 14 7

8 Representación del circuito de un transformador ideal 15 Impedancia referida a uno de los lados del transformador I Sea la impedancia de carga Z 2, por la ley de Ohm se tiene que. Expresando Z 2 en términos de las magnitudes del lado 1. o sea (9) 16 8

9 Impedancia referida a uno de los lados del transformador II De la ecuación (9), Z 2 se denominada impedancia del secundario referida al, primario (lado 1). Se muestra la impedancia Z2 referida al primario. (10) 17 Circuito equivalente de un transformador real 9

10 Consideraciones iniciales I Flujo varía senoidalmente (RPS); Núcleo con µ finita Va a ser necesaria una corriente (fuerza magnetomotriz) para magnetizar el núcleo, denominada corriente de magnetización. Van a existir flujos de dispersión, representados por inductancias de dispersión. Arrollamientos con ρ no nula Los arrollamientos poseen resistencias. 19 Consideraciones iniciales II Núcleo magnético. Existen fenómenos propios de éstos materiales, (saturación, histéresis y pérdidas debido a las corrientes de Foucault o parásitas - eddy currents)

11 Consideraciones iniciales II R 1, R 2 resistencias de los arrollamientos 1 e 2 X 1, X 2 reactancias de dispersión de los arrollamientos 1 e 2 Ra resistencia que representa a las pérdidas en el fierro (α V 2 ) Xm reactancia que representa la corriente de magnetización 21 Circuito equivalente de un transf real con impedancias referidas al primario 22 11

12 Circuito Equivalente de un transformador real despreciando el circuito de excitación 23 El transformador con carga E 2 (V) C E 20 I PC R L I 2 (A) Según el tipo de carga la tensión en los terminales de salida del transformador disminuye o aumenta. E 20 =TENSIÓN EN EL SECUNDARIO EN VACÍO I PC =CORRIENTE DE PLENA CARGA 24 12

13 Conceptos técnicos Pérdida sin carga (P FE ) Pérdida de carga (Pcu) Corriente sin carga (lo) Tensión de cortocircuito (u CC% ) Regulación de tensión para una condición de carga especificada (U REG %) Rendimiento 25 Ensayos de Vacío Ensayo de pérdida y corrientes sin carga, con tensión y frecuencia nominales 26 13

14 Ensayo de cortocircuito Medición de la tensión de cortocircuito. Para efectuar este ensayo, uno de los devanados del transformador se pone en corto y se aplica al otro devanado una tensión a frecuencia nominal tal que circulen las corrientes nominales por los devanados. 27 Tensión de cortocircuito Es la tensión que se le debe aplicar al devanado de baja tensión a fin de que circule la corriente nominal, estando el devanado de alta en cortocircuito. V A I N U V W u v w 14

15 Tensión de cortocircuito Esta tensión se suele expresar como porcentaje de la tensión nominal. Es decir: u CC = U CC (%) U 100 N Corriente de cortocircuito La máxima corriente de cortocircuito se determina a partir de : I I CC MAX = u N CC B BARRA INFINITA A 60/10 KV 14 MVA (17,5 MVA) 8,16% I CC-MAX 15