1. Caracteristicas
1.1. Es conocido como el corazón de la subestación
1.2. El transformador ideal es un dispositivo sin pérdidas, con coeficiente K=1, es de origen didctico y tiene una impedancia cero en los devanados primarios y secundarios, por lo que E1=V1 y E2=V2.
1.2.1. La curva de magentizacion de un transformador ideal tiene las siguientes el punto de saturacion total degeneralidades: - La corriente de excitacion se puede conocer si se compara su valor con el flujo requerido en el núcleo en un instante de tiempo determinado. - La corriente de magnetizacion NO es sinusoidal, se origina una distorcion producto de la saturacion rápida del material ferromagnético. - Cuando se alcanza el punto de saturación total del núcleo, un incremento muy grande en la corriente de excitación produce un aumento muy leve en el valor del flujo magnético. - La corriente de magnetización está desfasada 90° respecto al voltaje aplicado o de fuente (corriente reactiva).
1.2.2. - El núcleo no debe tener histéresis. - La curva de magnetizacion debe ser como la anterior mostrada. - El flujo disperso debe ser cero. - La resistencia de los devanados y la reluctancia del núcleo debe ser cero.
1.3. Relaciones de transformacion: a=Np/Ns=E1/E2=N1/N2=Vp/Vs N= numero de vueltas, uno primario, dos secundario. E= voltaje inducido, uno en el primario y dos en el secundario. a= Relacion de transformacion.
1.4. Un transformador bajo carga tiene una relacion un tanto distinta, es decir: I2=E2/Z se toma I2 porque normalmente las cargas trabajan en baja tension, es decir, entre 127 y 220 V.
1.4.1. Las relaciones de transformacion cambian un poco: N1I1=N2I2 a=I2/I1=N1/N2 E1I!=E2I2=S1=S2 V1I1=V2I2=S1=S2 SR
1.4.2. Debido a que un transformador cambia sus niveles de voltaje y corriente en sus dos ciercuitos, cambia obviamente la relacion entre ellos, logrando asi un cambio en sus impedancias: Z1=Vp/Ip a=Vp/Vs por lo tanto: Vp=aVs y a=Is/Ip; es decir; Ip=Is/a Finalemnte despues de una serie de acciones algebraicas queda: Z1=Z´L= a^2 ZL
2. Tipos
2.1. Transformados de unidad ( más de 110kV)
2.2. Transformador de potencia, subestacion (de 12 a 34.5 kV)
2.3. Transformador de distribucion (440, 220, 127 VCA
3. Circuitos equivalentes del transformador real
3.1. 1. Considera una resistencia del núcleo a la corriente de excitación y una reactancia de magnetizacion, producto de la misma correitne. A estos valores se les llama "impedancia de excitación o admitancia de excitación" y se calculan con base en el resultado de una prueba a circuito abierto. 2. Se sabe que la impedancia del primario son elementos con un valor muy pequeño en comparacion con Rc y Xm, por lo que, para efectos de facilidad en el análisis, el voltaje aplicado al primario se considera igual al voltaje de la rama de excitación. 3. Muchos autores consideran que es más sencillo analizar el circuito equivalente considerando la admitancia de la rama de excitación en vez de la impedancia, por lo que: YE=Gc-jBM
4. Principios fundamentales
4.1. Sistemas electromagneticos. Establecen y controlan los campos electromagneticos para realizar el proceso de transferencia de potencia. Está formado por circuitos eléctricos, diseñados con una geometria especifica.
4.2. Los campos magneticos son el mecanismo fundamental para convertir la energia de una forma a otra en motores, generadores y transformadores. Cuando en un conductor circula una corriente, se produce un campo magnético que rodea al conductor. Las lineas de flujo magnético son continuas y su direccion se determina aplicando la regla de la mano derecha.
4.3. La densidad de flujo que se produce en una parte de un material ferromagnético se define: 1. H representa la fuerza de la corriente por generar un campo magnético. 2. M (miu) reperesenta la facilidad que tiene un material para establecer un campo magnético.
5. Formulas
5.1. B=mH=mNi/lc m= permeabilidad del material ferromagnetico. H= intensidad de campo margnético. N= numero de vueltas que tiene una pierna del transformador. i= a la corriente que producen las vueltas. lc= a la distancia del nucleo por la cual circula la correinte.
5.2. F=ᴓR F= fuerza magnetomotriz. ᴓ= flujo que produce la correinte. R= reluctancia del material ferromagnetico o de un entrehierro.
5.3. R=lc/mA R= reluctancia. lc= distancia del nucleo o entrehierro. m= permeabilidad del material. A= area transversal del nucleo o entrehierro.
5.4. B=m0H m0= 800000 B/H H= intensida de campo magnetico. B= densidad de flujo magnetico m0= permeabilidad relativa del material
6. Prueba de corto circuito de un transformador comercial
6.1. 1. Ajustando el transformador variable a cero, se conectan en cortocircuito las terminales de bajo voltaje del transformador. 2. Con ayuda del transformador variable, se aumenta el voltaje de forma cuidadosa hasta que el amperimetro indique que está pasando la corriente nominal del primario. 3. Se anota la potencia, corriente y voltaje para la corriente nominal en el primario. 4. Se calcula la impedancia equivalente del primario.
6.2. La indicación que arroja el wattmetro en la prueba, se refiere a las pérdidas resistivas en el cobre en ambos devanados a la potencia nominal del transformador. Las otras pérdidas que se tienen son las del núcleo o hierro, las cuales se pueden determinar con la prueba de circuito abierto. Esta prueba normalmente se lleva a cabo en el lado de baja tensión ya que representa menor peligro para el personal técnico, aunque se debe tener mucho cuidado, ya que el circuito abierto quedará en alta tensión.
6.2.1. Procedimiento prueba circuito abierto: 1. Elevar el voltaje del variac desde cero hasta quye el voltímetro indique el voltaje nominal del lado de la prueba (baja tensión). 2. Anotar la potencia del circuito abierto, el votlaje nominal y la corrietne, esta es la correinte de ,magnetización. 3. Se calcula la pérdida en el núcleo, con la relación: Ph=Poc- I^2mRx
7. Eficiencia de un transformador
7.1. Considerar las sigueitnes ecuaciones: n= (Pout/Pin) x100% n=(Pout/Pout+Ploss)x100% n=(VsIscos@/Pcu+Pcore+VsIscos@)x100%
7.2. La máxima eficiencia se puede calcular con la siguiente condición: Pcu=Pvariables; es decir: (I2)^2*Requ2=Pc I2=Sqr(Pc)Requ2) Fc=Sqr(Pc/I2^2*Requ2) Donde: Fc= factor de carga. Pc= potencia en el cobre o en vacio. I2= corriente a la máxima eficiencia.
7.2.1. - Mientras más cercano a 1 sea el FP, la eficiencia del transformador mejora notablemente. - El punto de máxima eficiencia del transformador se obtiene entre el 60 y 70% de su valor de carga nominal. si se llega al 100% de carga, el transformador pierde eficiencia. - Es común que los transformadores se diseñen para operar a valores de carga cercanos al 75%. - Dificilmente se va a mantener un trasnformador operando en ese valor de carga y a un valor de FP fijo. Estos datos varían mucho durante el dia.