Transformador elevador reductor de tensión

Principio de funcionamiento del transformador:

Cuando se somete el devanado primario a una corriente variable se establece un flujo magnético variable en el núcleo que induce fuerzas electromotrices en los devanados primarios y secundarios. Inducción electromagnética: fenómeno que se produce en un conductor eléctrico, expuesto a las variaciones de campo magnético, que origina tensiones eléctricas en el conductor

Ferro magnético

Que tiene la propiedad de concentrar las líneas del campo magnético ofreciendo una permeabilidad magnética muy elevada

Corrientes de Foucault

Corrientes inducidas en los núcleos de material magnético produciendo pérdidas en forma de calor

Histéresis magnética

Carácterísticas propias de los materiales magnéticos de mantener su imantación al cesar la causa que la produce

Corriente de vacío

Cuando aplicamos una tensión
U₁ al primario del transformador sin conectar ninguna carga al secundario.
El carácter no lineal de la curva de magnetización del material ferromagnético del núcleo/La histéresis magnética de dicho material/Las corrientes de Foucault que se produce en el núcleo al estar sometido a la influencia de un campo magnético variable

El transformador en carga

Cuando el transformador esta alimentado por el primario y el secundario está cerrado mediante una impedancia, el transformador está trabajando en carga. Está sometida a la tensión U₂, absorbe un corriente de intensidad I₂. El paso de la corriente I₂ por las espiras del devanado secundario genera una fuerza magneto motriz N₂*I₂

Relación de transformación en función de la intensidad

La relación entre las corrientes del secundario y del primario viene dada también por la relación de transformación. El transformador convierte los parámetros de tensión e intensidad de la corriente que se le aplica, de manera que se obtiene en el secundario una corriente de la misma potencia pero de tensión e intensidad diferentes y condicionadas por la relación de transformación.

Transformador ideal y transformador real en carga

Los devanados primario y secundario presentan una resistencia al paso de la corriente como ocurre en cualquier conductor. Cuando el transformador funciona en carga. La resistencia se manifiesta de caída de tensión y pérdida de energía convertida en calor

Rendimiento de transformador

El rendimiento del transformador, como en cualquier maquina, viene dado por la relación entre la potencia entregado en la salida y la potencia absorbida en la entrada. Ser recurre a determinar perdidas en el cobre y en el hierro. Sumando las potencias perdidas obtenemos la potencia absorbida por el mismo. La potencia perdida en el hierro es prácticamente constante y no depende de la carga del transformador, la potencia perdida en el cobre, debido al factor Joule, depende del cuadrado de la intensidad.

Potencia nominal de un transformador

La potencia que puede entregar en el servicio secundario va a depender del factor de potencia de la carga. Tensión nominal del primario multiplicada por la intensidad nominal del primario. Ensayo en vacío: Se realiza para determinar las pérdidas en el hierro. Se conecta el transformador a la tensión nominal de uno de sus devanados, el devanado de más baja tensión sobre todo en transformadores de potencia, permaneciendo el otro devanado a circuito abierto. La relación de transformación mediante el cociente entre U₁ y U₂₀. El valor eficaz de la corriente de vacío (I₀). La potencia perdida en el hierro. Al estar el secundario en vacío no circula corriente por el (tiene resistencia muy elevado y puede considerarse que no carga el transformador). La potencia absorbida por el transformador es la necesaria para mantener el flujo magnético y la potencia activa medida por el vatímetro es la potencia perdida en el hierro

Ensayo en cortocircuito

Se realiza para determinar las pérdidas en el cobre. Se cortocircuita un devanado del transformador y se conecta el otro devanado a una tensión alterna que se aumenta de manera gradual hasta que la corriente en el devanado cortocircuito es la nominal. Se cortocircuita el devanado de más baja tensión. La potencia activa por el transformador corresponde a la potencia perdida en el cobre. La tensión de cortocircuito del transformador se define como la tensión que es necesario aplicar a uno de los devanados para que circule la intensidad nominal, con el otro devanado en cortocircuito.

Funcionamiento del transformador trifásico

Un sistema de corriente trifásica está formado por 3 sistemas monofásicos en los que las tensiones están desfasadas a 120º. Para transformar las tensiones de un sistema trifásico se puede utilizar 3 transformadores tienen conectados los devanados primarios formando una estrella, al igual que los devanados secundarios; también se podría usar la conexión triangulo. Al aplicar un sistema trifásico de tensiones equilibrado obtenemos en los devanados primarios 3 flujos magnéticos del mismo valor y desfasados 90º respecto de las tensiones aplicadas. Si unimos 3 transformadores monofásicos sobre uno mismo núcleo, por la columna central de dicho núcleo circulara la suma de los 3 flujos generados por los devanados que es nula la columna central se puede eliminar. El comportamiento de un transformador trifásico es similar al de 3 transformadores monofásicos, considerando cada fase como un circuito independiente. Los devanados de un transformador trifásico se pueden conectar en estrella, en triangulo o en zigzag, en función del tipo de conexión en el primario y secundario del transformador.

Conexiones utilizadas en transformadores trifásicos

Estrella-estrella

Los dos devanados están conectados en estrella. Pueden llevar neutro tanto el primario como el secundario. Esta conexión tiene como ventaja la posibilidad de dispo9ner de un hilo neutro tanto en el primario como en el secundario, permite obtener 2 tensiones. Inconveniente importante presenta desequilibrados en las tensiones de fase del primario cuando hay un desequilibrio de cargas al secundario. Se utiliza como transformador de pequeña potencia. El uso de conductores de gran sección favorece la resistencia mecánico a los esfuerzos de cortocircuito

Estrella triangulo

El primario está conectado en estrella y el secundario un triangulo. Esta conexión tiene ventaja como que los desequilibrios en la carga del secundario se reparten de forma equitativa en las 3 fases del primario. Como inconveniente, no dispone de neutro y no se puede usar en redes de distribución a 2 tensiones. Su utilización es muy limitada

Triangulo-triangulo

Los 2 devanados se conectan en triangulo. La relación de transformación es:. Esta conexión presenta como ventajas que los desequilibrios de cargas en el secundario no generan desequilibrios en las tensiones del primario, repartíéndose de manera igualitaria entre las fase del mismo, por cada fase circula una intensidad más pequeña que la intensidad de línea. Como inconvenientes importantes, presenta el no disponer de salida de neutro que cada bobinado debe soportar la tensión de red con el consiguiente aumento del número de espiras. La utilización de esta conexión es muy reducida debido a la ausencia de neutro en los 2 devanados.

Triangulo-estrella

El primario del transformador se conecta en triangulo y el secundario en estrella. Esta conexión dispone de neutro en el secundario, lo que permite obtener 2 tensiones de salid; además, los desequilibrios en la carga se reparten por igual en todas las fases del primario. Estas ventajas y el hecho de no presentar inconvenientes significativos hacen que esta conexión se utilice tanto en líneas de transmisión como en distribución de energía

Estrella-zigzag

En esta conexión se divide cada devanado de una fase en 2 partes iguales, se forma un neutro mediante la conexión estrella de una de las mitades de cada fase y se conecta en serie, a cada rama de la estrella, las bobinas, invertidas, de las fases adyacentes, en un determinado orden cíclico. Para determinar la relación de transformación se obtiene por la suma vectorial de las fem incluidas en dos bobinas, la bobina superior de una columna y la bobina inferior de la columna siguiente. El diagrama vectorial de la conexión zigzag se obtiene partiendo de una estrella equilibrada que corresponda a las fem de las 3 bobinas conectadas al neutro se representan las fem de las 3 bobinas restantes, teniendo en cuenta que en la misma columna la fem inducida en una bobina es de sentido opuesto a la inducida en la otra bobina. Esta conexión presenta la ventaja de no producir desequilibrios en las fem del primario cuando se produce un desequilibrio de cargas en alguna fase del secundario, y como inconveniente, que para obtener la misma tensión compuesta en el secundario es necesario proyectar el transformador estrella-zigzag con un 15.4% más de espiras que si fuera estrella-estrella, para un mismo número de espiras en el primario de ambos

Conexión en paralelo de transformadores trifásicos:

Cuando la potencia suministrada por un transformador no es suficiente para las necesidades de una red, se recurre a la conexión de 2 o más transformadores trifásicos en paralelo. Deben cumplir las siguientes condiciones:Tener las mismas tensiones nominales/Tener la misma tensión de cortocircuito/Tener el mismo índice de desfase horario o grupo de conexión