UNIVERSIDAD VERACRUZANA

MAQUINAS ELECTRICAS

Realizado por:

FACULTAD DE INGENIERIA

ZONA VERACRUZ

Martnez Meza Tomas Emilio

El transformador.

Un transformador es una mquina esttica de corriente alterno, que permite

variar alguna funcin de la corriente como el voltaje o la intensidad,

manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.

Est constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un

ncleo cerrado de material ferromagntico, pero aisladas entre s

elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la constituye el flujo

magntico comn que se establece en el ncleo. El ncleo, generalmente, es

fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas de acero elctrico, aleacin

apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o devanados se

denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del

sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores con

ms devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor

tensin que el secundario.

Ncleo: Este elemento est constituido por chapas de acero al silicio aisladas

entre ellas. El ncleo de los transformadores est compuesto por las columnas,

que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte

donde se realiza la unin entre las columnas. El ncleo se utiliza para conducir

el flujo magntico, ya que es un gran conductor magntico.

Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a travs del ncleo en

uno de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz.

Est compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relacin de

vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicar la

relacin de transformacin. El nombre de primario y secundario es totalmente

simblico. Por definicin all donde apliquemos la tensin de entrada ser el

primario y donde obtengamos la tensin de salida ser el secundario.

Flujo: Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una

tensin, se origina un flujo magntico en el ncleo de hierro. Este flujo viajar

desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originar

una fuerza electromagntica en el devanado secundario.

La relacin de transformacin de un Transformador Elctrico viene dado por la

siguiente expresin:

Dnde:

N p es el nmero de vueltas del devanado del primario.

N s el nmero de vueltas del secundario.

V p la tensin aplicada en el primario.

V s la obtenida en el secundario.

I s la intensidad que llega al primario.

I p la generada por el secundario.

r t la relacin de transformacin.

Transformadores en la Vida Cotidiana.

Las plantas generadoras de energa elctrica utilizan el transformador como

elemento de transporte de potencia elctrica con el mnimo posible de

prdidas. Se utilizan al efecto, grandes transformadores elevadores de tensin,

trabajndose con tensiones que oscilan entre 6,000 y 250,000 voltios para el

transporte a grandes distancias. Tambin se usan transformadores reductores

para vahar tales tensiones a los valores de uso, que son generalmente 220 y

380 voltios. Estos cambios de tensin se deben a que se buscan reducir las

prdidas de potencia en las lneas de transmisin por efecto de calentamiento

en la resistencia elctrica propia de las mismas, que son menores cuando el

transporte se hace con tensiones elevadas y menor corriente.

El transporte de corriente elctrica, desde donde se produce hasta donde se

utiliza, conlleva unas prdidas energticas originadas por efecto Joule en los

cables conductores. En concreto, la potencia disipada en un conductor de

resistencia R, por el que circula una corriente alterna de intensidad Ie, es:

P=Ie*R.

Si se quieren reducir las prdidas energticas, pueden elegirse entre dos

opciones: disminuir la resistencia del conductor que transporta la corriente, o

disminuir la intensidad que circula por el mismo.

La primera opcin se consigue, o bien cambiando el material constructivo de

las lneas (solucin difcil, ya que esto representa utilizar materiales ms

conductores y por tanto aumento de los costes), o aumentar la seccin del

conductor, lo que implica tambin un aumento del coste de la instalacin, al

aumentar la cantidad de metal a utilizar y ser mayor el peso que tendran que

soportar las torres metlicas o postes de suspensin.

La segunda opcin, disminuir la intensidad que circula por el conductor, puede

conseguirse aumentando la diferencia de potencial en las lneas de

conduccin, ya que la potencia que transporta una corriente elctrica es: P=V*I,

de modo que para cierto valor de potencia, cuando mayor sea la tensin V

ms pequea ser la intensidad, consiguindose una disminucin de la

potencia disipada.

El hecho de disminuir la intensidad obliga a realizar el transporte de corriente a

un potencial muy elevado. Una vez en el lugar de consumo, se reduce la

tensin, hasta alcanzar valores normales que no resulten peligrosos.

Los generadores de corriente alterna de las centrales elctricas suelen producir

tensiones de algunos miles de voltios (25Kv a lo sumo). Esta tensin no es lo

suficiente elevada para el transporte de grandes potencias (ya que con solo

25Kv, para el transporte de grandes potencias seran necesarias grandes

intensidades que originaran grandes prdidas), por lo que se eleva la tensin,

mediante transformadores, hasta alcanzar valores de cientos de miles de

voltios, con lo que es posible el transporte de grandes potencias con pequeas

intensidades, es decir pequeas perdidas. Una vez en lugar del consumo, se

reduce la tensin, utilizando nuevamente transformadores, hasta que alcanza

los valores de tensin que se utilizan habitualmente.

La facilidad con que se pude modificar la tensin de una corriente alterna, sin

sufrir apenas perdidas, frente a las dificultades de hacer lo propio con

corrientes continuas, fue una de las razones que impuso el uso de la corriente

alterna.

Tipos de Transformadores.

Numero de Fases:

Monofasico.

Esta formado por un nucleo compuesto de lminas de hierro y os bobinados.

Los transformadores monofsicos, tanto de columnas como acorazados, se

usan en distribucin de energa elctrica, por ejemplo para reducir, en lneas de

MT de 13,2 kV a BT, 220V. Se los suele encontrar, de pequea potencia en

soportes de lneas elctricas rurales. Tambin se los encuentra, en potencias

altas, para constituir bancos trifsicos, con tres de ellos, en sistemas de

distribucin Ejemplos: 10 kVA; 13200/220 V.

Trifasico.

El transformador ms utilizado actualmente es el trifsico. Esto se debe a que la produccin, distribucin y consumo de energa elctrica se realizan en corriente alterna trifsica. Entendemos por transformador trifsico aquel que es utilizado para transformar un sistema trifsico equilibrado de tensiones en otro sistema equilibrado de tensiones trifsico pero con diferentes valores de tensiones e intensidades.

Para conseguir ese propsito, podemos utilizar tres transformadores monofsicos, de manera que tendremos tres ncleos magnticos independientes y conexionados como indica la figura inferior. Cada ncleo tendr sus prdidas de flujo.

Forma del ncleo.

Acorazado.

El transformador acorazado se caracteriza por tener dos columnas exteriores,

por las que se cierra el circuito magntico, estas dos columnas no poseen

ningn devanado. En los Transformadores monofsicos el devanado primario y

secundario se agrupan en la columna central y el transformador tiene tres

columnas en total.

Transformador de Potencia.

Elevadores:

Los transformadores elctricos elevadores tienen la capacidad de aumentar el

voltaje de salida en relacin al voltaje de entrada. En estos transformadores el

nmero de espiras del devanado secundario es mayor al del devanado

primario.

Reductores:

Los transformadores elctricos reductores tienen la capacidad de disminuir el voltaje de salida en relacin al voltaje de entrada. En estos transformadores el nmero de espiras del devanado primario es mayor al secundario.

Autotransformadores.

Se utilizan cuando es necesario cambiar el valor de un voltaje, pero en cantidades muy

pequeas. La solucin consiste en montar las bobinas de manera sumatoria. La tensin,

en este caso, no se introducira en el devanado primario para salir por el secundario,

sino que entra por un punto intermedio de la nica bobina existente.

Esta tensin de entrada (V p) nicamente recorre un determinado nmero de espiras

(N p), mientras que la tensin de salida (V s) tiene que recorrer la totalidad de las espiras

(N s).

Potencia con Derivacin.

Son transformadores de elevacin o reduccin, es decir, elevadores o

reductores, con un nmero de espiras que puede variarse segn la necesidad.

Este nmero de espiras se puede modificar siempre y cuando el transformador

no est en marcha. Normalmente la diferencia entre valores es del 2,5% y sirve

para poder ajustar el transformador a su puesto de trabajo.

Transformador Electricos de Medida.

Sirven para variar los valores de grandes tensiones o intensidades para

poderlas medir sin peligro.

Electricos de Intensidad:

Los transformadores de intensidad son transformadores da baja potencia, cuyos primarios estn intercalados en la lnea, mientras que los arrollamientos secundarios quedan prcticamente en cortocircuito a travs de los equipos de medida, contadores, rels, etc. conectados. Estos transformadores separan los circuitos de medida y proteccin de la tensin del primario.

Los correspondientes a MT, normalmente cuentan con varios arrollamientos secundarios con ncleos totalmente separados magnticamente con las mismas o diferentes curvas de caractersticas. Pueden, por ejemplo, disponer de dos ncleos de medida de diferente precisin o ser ejecutados tambin con ncleos de medida y proteccin con distintos factores nominales de sobreintensidad

Elctrico de Tension:

Los transformadores de tensin son transformadores de pequea potencia que trabajan prcticamente en vaco. Aslan la tensin nominal del primario de los circuitos conectados de medida y proteccin y transforman la tensin a medir en tensiones secundarias aptas para su medida, manteniendo la fidelidad de sus valores absolutos y desfasajes, normalmente siendo esta de 100-110V.

Cada transformador de tensin tiene un arrollamiento primario y uno secundario. Para ciertas aplicaciones pueden tener ms de un secundario, pero siempre con un solo ncleo de hierro.

En cuanto al primario existen de un borne referenciado a tierra que es el mas usado actualmente ya que se montan tres y de dos bornes referenciados a otra fase, aunque este tipo ya no se suele utilizar, se usaba cuando se montaban dos transformadores de tensin.

.

Enfriamiento.

El mtodo de enfriamiento de un transformador es muy importante, ya que la

disipacin del calor, influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de carga,

as como en el rea de su instalacin y su costo.

AA.

Transformadores tipo seco con enfriamiento propio, estos transformadores no

contienen aceite ni otros lquidos para enfriamiento, el aire es tambin el medio

aislante que rodea el ncleo y las bobinas, por lo general se fabrican con

capacidades inferiores a 2,000 kVA y voltajes menores de 15 kV.

AFA.

Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado, se emplea para

aumentar la potencia disponible de los tipo AA y su capacidad se basa en la

posibilidad de disipacin de calor por medio de ventiladores o sopladores.

AA/FA.

Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por aire forzado, es bsicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipacin de calor.

OA.

Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, en estos transformadores el aceite aislante circula por conveccin natural dentro de una tanque que tiene paredes lisas o corrugadas o bien provistos con tubos radiadores. Esta solucin se adopta para transformadores de ms de 50 kVA con voltajes superiores a 15 kV.

OA/FA.

Transformador sumergido en lquido aislante con enfriamiento propio y con enfriamiento por aire forzado, es bsicamente un transformador OA con la adicin de ventiladores para aumentar la capacidad de disipacin de calor en las superficies de enfriamiento.

OA/FOA/FOA.

Transformador sumergido en lquido aislante con enfriamiento propio/con aceite forzado aire forzado/con aceite forzado/aire forzado. Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el rgimen de carga de transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos:

Se usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra aumentar en 1.33 veces la capacidad del tipo OA,

Se hace trabajar la totalidad de los radiadores y bombas con lo que se logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. Se fabrican en capacidades de 10,000 kVA monofsicos y 15,000 kVA trifsicos.

FOA.

Sumergido en lquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire forzado. Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al mismo tiempo.

OW.

Sumergido en lquido aislante con enfriamiento por agua, en estos transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales estn en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente, el aceite circula alrededor de los serpentines por conveccin natural.

FOW.

Transformador sumergido en lquido aislante con enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es prcticamente igual que el FO, slo que el cambiador de calor es del tipo agua aceite y se hace el enfriamiento por agua sin tener ventiladores.

Conclusiones.

Los transformadores han permitido resolver grandes problemas elctricos ya

que existen transformadores elevadores y reductores que permiten varia la

cantidad de voltaje segn sea la necesidad.

Gracias a los transformadores de corriente y voltaje ha sido posible la

utilizacin de electrodomsticos desde un horno de microondas hasta en la

industria el uso de gras. Los transformadores han permitido adems la

distribucin elctrica a diferentes partes y zonas habitadas.