Este capítulo consta de los siguientes elementos. Si desea ir directamente a un elemento,
2 - Definición Haga click aquí!
3 - Aspectos Constructivos Haga click aquí!
3.1 - Núcleo No Encorazado Haga click aquí!
3.2 - Núcleo Encorazado Haga click aquí!
3.3 - Refrigeración Haga click aquí!
3.4 - Factor de apilamiento Haga click aquí!
3.5 - Tap's en el Devanado Primario Haga click aquí!
3.5.1 - Métodos de cambio de Tap's Haga click aquí!
3.6 - Especificaciones de un Transformador Haga click aquí!
4 - Armónicos en Transformadores Trifásicos Haga click aquí!
5 - Fasores Trifásicos en Transformadores Haga click aquí!
6 - Conexiones en un Transformador Trifásico Haga click aquí!
7 - Posibles Conexiones en Transformadores Trifásicos Haga click aquí!
7.1 - Conexión Estrella - Estrella Haga click aquí!
7.2 - Conexión Triángulo - Triángulo Haga click aquí!
7.3 - Conexión Estrella - Triángulo Haga click aquí!
7.4 - Conexión Triángulo - Estrela Haga click aquí!
7.5 - Conexión Zig - Zag Haga click aquí!
7.5.1 - Usos de conexión Zig - Zag Haga click aquí!
8 - Matemáticas de las conexiones en transformadores trifásicos Haga click aquí!
8.1 - Matemáticas de la Conexión Estrella - Estrella Haga click aquí!
8.2 - Matemáticas de la Conexión Triángulo - Triángulo Haga click aquí!
8.3 - Matemáticas de la Conexión Estrella - Triángulo Haga click aquí!
8.4 - Matemáticas de la Conexión Triángulo - Estrella Haga click aquí!
8.5 - Matemáticas de la Conexión Zig - Zag Haga click aquí!
9 - Potencia en Transformadores Trifásicos Haga click aquí!
9.1 - Potencia de la Conexión Triángulo Haga click aquí!
9.2 - Potencia de la Conexión Estrella o Y Haga click aquí!
Un aspecto muy importante para asegurar el correcto funcionamiento del transformador es una buena eficiencia en la disipación del calor generado por lo mismo. Hay varias formas de disipar el calor generado por equipos, generalmente en transformadores de potencias superiores. En ese caso, los devanados están sumergidos en aceite aislante, lo que mejora la conducción de calor y, al entrar en contacto con las aletas, aumenta la eficiencia del sistema de disipación. En transformadores de menor potencia, los devanados están en contacto directo con el aire.
Un transformador trifásico se puede construir con tres devanados primarios.
y tres devanados secundarios en un núcleo magnético. Por tanto, pueden considerarse como tres unidades,
similar a un transformador monofásico, como se muestra en la
Entonces, si se aplica un voltaje sinusoidal trifásico equilibrado a los devanados, los flujos
Para solucionar este problema, existen dos tipos de núcleos: el
El núcleo está formado por laminados de acero al silicio y, para su aislamiento, los laminados están recubiertos con una película de óxido en ambos lados.
Las laminaciones generalmente tienen forma de
La sección transversal completa de un transformador trifásico de tipo núcleo
Para transformadores con un núcleo no acorazado de gran capacidad, es necesario cambiar ligeramente esta configuración. En ese caso,
el núcleo tiene tres ramas principales, en las que se alojarán los devanados, más dos ramas laterales que no tienen
devanados, como se muestra en la
Esta disposición permite reducir la altura del transformador, aunque aumenta su longitud. Esto lo hace más fácil transporte por carretera. En esta configuración, los circuitos magnéticos de cada fase son virtualmente independientes.
De esta manera, el circuito magnético de las tres fases está ligeramente desequilibrado, ya que las ramas
implicadas en los devanados tienen una reluctancia
Por lo tanto, este tipo de bobinado tiene varias ventajas. Describamos algunos:
El tipo de construcción adoptado para los transformadores está estrechamente relacionado con su propósito previsto. Algunos factores determinan la clasificación, como el voltaje del devanado primario y la potencia de operación, frecuencia de operación, clase, etc. La construcción debe garantizar la eficiencia en eliminación de calor del núcleo y de los devanados, de modo que el aumento de temperatura se mantenga dentro del límite permitido para la clase de aislamiento utilizada. Además, para evitar el deterioro del aislamiento, se debe evitar la entrada de humedad.
Para transformadores de gran potencia, se utiliza un tanque sellado lleno de aceite aislante no inflamable. Para hacerlo más fácil la circulación natural del aceite y aumentar la superficie de enfriamiento expuestos al ambiente, en el exterior del tanque se instalan tubos o aletas con el fin de transferir calor. generado por el transformador en el medio ambiente.
En el caso de transformadores de mayor potencia, puede ser necesario utilizar ventilación forzada o incluso uso de bombas de aceite para forzar la circulación de aceite a través de tuberías para maximizar el enfriamiento del transformador.
También es importante destacar que, para obtener una reducción en las pérdidas por corrientes parásitas, el núcleo está formado por
láminas de ferrosilicio. Dado que las pérdidas por corrientes de Foucault son directamente proporcionales al cuadrado del espesor de la hoja,
los fabricantes intentan reducir al máximo el grosor de las hojas, reduciéndolas al mínimo posible. Sin embargo, existe un límite práctico
para esta reducción debido a restricciones mecánicas. Este límite es del orden de
Las laminaciones del núcleo y el aislamiento entre las laminaciones reducen la
área central efectiva o neta. El área de la sección transversal neta del núcleo es aproximadamente un
Hay una razón más para elegir una forma circular para los devanados. Si la forma era cuadrada o rectangular y si el transformador sufriera un cortocircuito, las altas corrientes transportadas por el transformador harían que surgieran fuerzas mecánica de alto valor que deformaría la forma del bobinado, tendiendo hacia una forma circular. Esto también causaría la destrucción de devanados y aislamientos. Con una forma circular para los devanados, no se producen estas deformaciones, lo que demuestra por qué se prefiere el formato circular.
Es normal que un aumento en la carga provoque una disminución en la tensión de alimentación en el lado secundario. Sin embargo,
la tensión suministrada por el transformador a la carga debe mantenerse dentro de los límites prescritos.
Esto se puede lograr cambiando la relación de vueltas del transformador.
Para que esto sea posible, los transformadores tienen varias conexiones en diferentes puntos del devanado primario.
La relación de transformación varía entre las derivaciones, permitiendo obtener diferentes voltajes en cada una de ellas.
En general existe la derivación para el voltaje nominal y otras que pueden aumentar o disminuir el voltaje. Existen derivaciones para
permitir que el transformador funcione con tensiones de
A continuación, se muestra un ejemplo de una derivación viable y su respectiva tensión en el caso de un transformador
con una tensión primaria de
Por lo tanto, todo el sistema de control de tensión es esencial para cumplir las siguientes especificaciones:
Los cambiadores de derivación bajo carga se utilizan para cambiar la relación de vueltas del devanado sin desconectar la carga del transformador. El cambio de derivación se puede realizar incluso cuando el transformador suministra energía a la carga. Con la carga conectada, los cambiadores de derivación bajo carga contribuyen significativamente a la eficiencia del sistema. Hoy en día, prácticamente todos los transformadores de gran potencia están equipados con interruptores que funcionan bajo carga. La razón para proporcionar cambiadores de derivación en carga en transformadores de potencia es:
Observe que varios factores influyen en la compra de un transformador. Obsérvese que, por ejemplo, el
Por lo tanto, no basta simplemente analizar las condiciones comerciales de los diferentes fabricantes a la hora de comprar de un transformador. Es necesario tener en cuenta el coste de las pérdidas para evitar sorpresas desagradables al momento de la compra.
Por ello, el coste suele calcularse mediante el llamado
A través de la capitalización, es posible mostrar al usuario la influencia de las pérdidas del transformador, lo que a su vez conduce a lástima por el esfuerzo. Por lo tanto, es fundamental minimizar los gastos derivados de estas pérdidas. En general, los concesionarios de las energías eléctricas tienen fórmulas desarrolladas y mejoradas a lo largo de los años.
Una de las fórmulas utilizadas se muestra en la ecuación
A modo de ejemplo, utilicemos esta ecuación en un ejemplo práctico, adoptando los siguientes valores:
Supongamos la adquisición de un transformador de
| Fabricante | Precio ($) | Pfe (kW) | Pcu (kW) | CT ($) |
| A | 30.000 | 4,00 | 9,00 | 38.054,60 |
| B | 35.500 | 3,50 | 7,00 | 42.090,85 |
| C | 28.450 | 5,00 | 11,00 | 38.387,70 |
| D | 28.000 | 7,00 | 15,00 | 43.737,30 |
De la tabla podemos ver fácilmente que el fabricante
Si un transformador funciona con alta densidad de flujo, habrá menos necesidad de material magnético. Por lo tanto,
desde un punto de vista económico, un transformador está diseñado para operar en la región de saturación del material magnético del núcleo.
Como consecuencia, la corriente de excitación
En el
Al estudiar sistemas trifásicos, es importante tener en cuenta que se generan voltajes
por un generador trifásico. En este generador, tenemos tres devanados independientes que están desfasados eléctricamente entre sí
Las tres fases producidas se identifican por
letras del alfabeto. Hoy en día, se les suele designar con las letras
Por tanto, hay dos posibles secuencias de fases. Una es la secuencia
La nomenclatura estándar de las fases de un transformador trifásico utiliza las letras mayúsculas
Cada devanado tiene dos terminaciones que reciben el subíndice de
La interconexión de los devanados de fase para generar un sistema trifásico debe cumplir tres posibles modos de conexión alternativos:
conexión
En Brasil, en los transformadores de distribución, es común que los fabricantes representen los terminales de
Según la norma, el terminal
Dado que el primario y el secundario se pueden conectar de diferentes maneras, hay al menos doce combinaciones posibles.
De acuerdo al desfase que exista entre las tensiones de línea en ambos lados del transformador, estas combinaciones se pueden organizar en cuatro grupos principales, como se detalla a continuación.
Cabe señalar que esta notación se deriva de la posición de el puntero de un reloj analógico. Cuando el desplazamiento de fase es
Las conexiones en transformadores son un tema extenso. Por ello, hemos decidido abordar este tema en un capítulo específico. Para acceder,
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La mayor parte de la energía generada y transmitida a largas distancias en un sistema es del tipo trifásico, esto se debe a
razones económicas. Además, dado que el flujo del tercer armónico creado por cada devanado está en fase,
se prefiere el tipo
Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico
se pueden conectar de forma independiente en las denominadas configuraciones
Estas configuraciones ya se han estudiado en el
Para transformadores trifásicos, cálculos de impedancia, regulación de tensión, eficiencia y otros similares se realizan tomando un fase a la vez. Para ello se utilizan las mismas técnicas que ya se han desarrollado para transformadores monofásicos.
A continuación, discutiremos las ventajas y desventajas de los tipos de conexión en transformadores trifásicos.
El enlace
Dado que la mayoría de los transformadores están diseñados para funcionar en el punto medio de la curva de magnetización,
es decir, en la zona de saturación,
estos diseños provocan que las
Así, los transformadores trifásicos conectados en
Para ilustrar este hecho, consideraremos los fasores fundamentales de los voltajes de fase equilibrados. Vamos a nombrarlos
Nótese que los fasores de voltaje se representan girando en dirección
El circuito que se muestra en la
En términos generales, podemos expresar, matemáticamente,
lo dicho anteriormente a través de la
En las figuras
La conexión
En las siguientes figuras, las
En el devanado secundario, las
Tenga en cuenta que el ángulo
En esta ecuación,
A partir del gráfico de la
En esta configuración, los componentes del tercer armónico de la corriente trifásica son
desfasados entre sí por
Esta configuración se utiliza en sistemas de energía donde se utilizan grandes corrientes y bajos voltajes.
Además, esta conexión es adecuada cuando se requiere continuidad del servicio,
incluso si una de las fases presenta un fallo. Cuando se opera de esta manera, el transformador
proporciona corrientes y voltajes trifásicos con la fase correcta, pero su capacidad
se reduce al
Como se muestra en la
Las corrientes de tercer armónico fluyen dentro de la malla proporcionada por la conexión
En esta configuración, podemos establecer una relación entre el voltaje de la línea primaria y el voltaje de la línea secundaria.
Designando
El uso de este tipo de conexión permite conectar el neutro del secundario del transformador a
Esta configuración tampoco se ve afectada por el tercer armónico, ya que la conexión delta del primario suprime las corrientes del tercer armónico.
Comparando los gráficos que se muestran en la
Por otra parte, se observa que la relación entre el voltaje de línea y el voltaje de fase para el secundario está dada por la ecuación
Para permitir la conexión
De esta manera, cada pata de la conexión en estrella se forma utilizando mitades de dos fases diferentes. La
Además de esta conexión, existen
En la práctica, se utilizan transformadores con conexión en
La conexión en
Para rectificar corriente alterna a corriente continua, los transformadores en
Cabe señalar que, en los transformadores
Consideremos, a modo de ejemplo, el
transformador trifásico como
