“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA”

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL

INGENIERÍA MECÁNICA

“TRANSFORMADORES”

INTEGRANTES:

MARCELO MACHAY, Boney Juanito SOLES REYES, Edin Yolfred BEJARANO HUISA, Axel PAICO SOPLAPUCO, Steven BLONDET BELAUNDE, Diego

PROFESOR RESPONSABLE: Ing. CIP .Fidel Ríos Noriega

CURSO: Maquinas Eléctricas

CICLO: VIII

16 de octubre, 2013

I.OBJETIVO:

Reconocimiento de las partes que componen un transformador y como es su accionamiento.

II.FUNDAMENTO TEÓRICO:

TRANSFORMADOR

Un transformador es un dispositivo que cambia la potencia eléctrica alterna con un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna con otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magnético.Consta de 2 o más bobinas de alambre conductor enrollados alrededor de un núcleo ferromagnético común. Estas bobinas (normalmente) no están conectadas en forma directa.La única conexión entre las bobinas es el flujo magnético común que se encuentra dentro del núcleo.

Uno de los devanados del transformador se conecta a una fuente de energía eléctrica alterna y el segundo (y quizá el tercero) suministra energía eléctrica a las cargas. El devanado del transformador que se conecta a la fuente de potencia se llama devanado primario o devanado de entrada, y el devanado que se conecta a la carga se llama devanado secundario o devanado de salida. Si hay un tercer devanado en el transformador se llama devanado terciario.

TIPOS Y CONSTRUCCION DE TRANSFORMADORES

El propósito principal de un transformador es convertir la potencia alterna de un nivel de voltaje en potencia alterna de la misma frecuencia pero con otro nivel de voltaje. Los trasformadores también se utilizan para otros propósitos, por ejemplo, para muestreo de voltaje, muestreo de corriente y transformación de impedancia.

En un transformador físico los devanados primarios y secundarios están envueltos uno sobre el otro con un devanado de bajo voltaje en la parte interna (más cerca del nucleo).Esta disposición cumple 2 objetivos:

1. Simplifica el problema de aislar el devanado de alta tensión desde el núcleo.2. Produce un menor flujo disperso que el que se presentaría en caso de colocar los 2

devanados separados del núcleo.

A los transformadores de potencia se les llama de diferentes maneras dependiendo de su uso en los sistemas de potencia.Un transformador conectado a la salida de un generador y que se usa para aumentar su voltaje a niveles de transmisión (más de 110kv) a veces se le llama transformadores de

unidad. Al transformador que se encuentra al final de la línea de transmisión, que baja el voltaje de transmisión a niveles de distribución (de 2.3 a 34.5 kv) se le llama transformador de subestación.

Por último, al transformador que toma el voltaje de distribución y lo disminuye hacia el voltaje final que se utiliza la potencia (110, 208,220v). se le llama transformador de transformación. Toso estos dispositivos son esencial mente iguales; la única diferencia entre ellos es el uso que se le da.Además de los diferentes transformadores de potencia, hay dos transformadores para propósitos especiales que se utilizan con maquinaria eléctrica y sistema de potencia. El primero de ellos es un dispositivo diseñado de manera específica para hacer muestreo de alto voltaje y producir un bajo voltaje secundario directamente proporcional al primero. Este tipo de transformadores se llaman transformadores de potencial. Un transformador de potencia también produce un voltaje secundario directamente proporcional a su voltaje primarios; la diferencia entre un transformador de potencial y un trasformador de potencia es que es el transformador de potencial está diseñado para manejar solo corrientes muy pequeñas. El segundo tipo de transformadores especiales es un dispositivo diseñado para proveer una corriente secundaria mucho más pequeño pero directamente proporcional a su corriente primaria. Este dispositivo se llama transformador de corriente.

EL TRANSFORMADOR IDEAL

Un transformador ideal es un dispositivo sin pérdidas que tiene un devanado de entrada y uno de salida. Las relaciones entre el voltaje de entrada y el de salida, y entre la corriente de entrada y de la salida se describe en dos sencillas ecuaciones.

Fig. 1 a) dibujo de un transformador ideal. b) símbolos esquemáticos de un transformador

La figura 1 muestra un transformador con Npvueltas de alambre en su lado primario y Ns de vueltas de alambre en su lado secundario. La relación de voltaje Vp(t )aplicado al lado primario del transformador y el voltaje Vs( t)producido en el lado secundario es:

v p (t )vs (t )

=N p

N s=a

Donde a se define como la relación de vueltas de transformador:

N p

N s=a

La relación de corriente: N p i p(t)=N s is( t)

ip( t)i s(t)

=1a

En términos de cantidad de fasoriales estas ecuaciones son:

V p

V s=a

I p

I s=1

a

Nótese que el ángulo de fase de Vp es el mismo que el ángulo de Vsy el ángulo fasorial de Ip es el mismo que el ángulo fasorial de Is. La relación de vueltas del transformador ideal afecta las magnitudes de los voltajes y corrientes, pero no sus ángulos.

TEORIA DE OPERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES MONOFASICOS REALES

El transformador ideal no se puede fabricar. Lo que sí se puede fabricar es un transformador real: dos o más bobinas de alambre enrollado alrededor de un núcleo ferromagnético. Las características de un transformador real son muy parecidas a la de un transformador ideal, pero solo hasta cierto punto. Esta sección se refiere a la conducta de los transformadores reales. Para entender la operación de un transformador real observe la figura 2. En la figura se puede ver un transformador que consta de dos bobinas de alambre enrollado alrededor del núcleo de un transformador. El transformador primario está conectado a una fuente de potencia CA y el devanado secundario está abierto. La curva de histéresis del transformador se muestra en la figura 3

Fig.2. Dibujo de un transformador real sin carga en el secundario

Fig.3. Curva de histéresis del transformador.

Relación de voltaje en el transformador

Si el voltaje de la figura 2 es vp (t), entonces ese voltaje se aplica directamente a través de la bobinas del devanado primario del y transformador.Aplicando la ley de Faraday explica como reaccionara el transformador a ese voltaje aplicado.

∅= 1N p

∫V p ( t )dt

Esta ecuación establece que el flujo promedio en el devanado es proporcional a la integral del voltaje aplicado al devanado y ala constante de proporcionalidad es inversa del número

de vueltas del devanado primario 1

N p.

Este eflujo está presente en la bobina primaria del transformador ¿Qué efecto tiene la bobina la bobina secundaria del transformador? El efecto depende de que tanto flujo llegue a la bobina secundaria.No todo el flujo que se produce en la bobina primaria pasa a través de la bobina secundaria; algunas de las líneas de flujo abandonan el núcleo de hierro y pasan a través del aire (fig4) La porción del flujo que pasa a través de una de las bobinas del transformador, pero no a través de la otra, se llama flujo disperso. El flujo en la bobina primaria del transformador se puede dividir e 2 componentes: un flujo mutuo que permanece en el núcleo y une ambos devanados y un flujo disperso mínimo que pasa a través del devanado primario peor regresa a través del aire , sin cruzar por el devanado secundario.

∅ p=∅ M+∅ DP

Donde

∅ p=flujo promedio total

∅M=componente de flujo que une las bobinas primarias y secundarias.

∅DP=flujo disperso en el devanado primario

Hay una división similar del flujo en el devanado secundario entre flujo mutuo y flujo disperso que pasa a través del devanado secundario pero regresa a través del aire sin tocar el devanado primario.

∅ S=∅M +∅DS

Donde

∅ s=flujo promedio secundario total.

∅M=componente de flujo que une las bobinas primarias y secundarias.

∅DS=flujo disperso en el devanado secundario.

Fig.4. Flujo mutuo y disperso en el núcleo de un transformador

PERDIDAS EN UN TRANSFORMADOR

1. Perdidas en el cobre (I 2 R). Las pérdidas en el cobre son causadas por el calentamiento resistivo en los devanados primarios y secundario de le transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente en los devanados.

2. Perdidas por corrientes parasitas. Las pérdidas por corrientes parasitas son provocadas por el calentamiento resistivo en el núcleo del transformador. Son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.

3. Perdidas por histéresis. Las pérdidas están asociadas con la reubicación de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada semiciclo. Son una función compleja y no lineal del voltaje aplicado al transformador

4. Flujo disperso. Los flujos ∅DPy ∅DS que escapan del núcleo y pasan a través de solo uno de los devanados del transformador son flujos dispersos. Estos flujos que escapan producen un auto inductancia en las bobinas primarias y secundarias; se devén tomar en cuenta los efectos de esta inductancia.

TERMISTOREs un sensor resistivo de temperatura su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

Transformación mediante tres transformadores monofásicos

Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos

magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción o interferencia alguna

entre los flujos respectivos.

Transformador trifásico

Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases, constituyendo esto un transformador trifásico como vemos a continuación. Si la transformación se hace mediante un transformador trifásico, con un núcleo común, podemos ver que la columna central (fig. A) está recorrida por un flujoϕque, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y desfasados 120º. El flujo ϕ  será pues siempre nulo. En consecuencia, se puede suprimir la columna central (fig. B). Como esta disposición (fig. b) hace difícil su construcción, los transformadores se construyen con las tres columnas en un mismo plano (fig. C). Esta disposición crea cierta asimetría en los flujos y por lo tanto en las corrientes en vació. En carga la desigualdad de la corriente es insignificante, y además se hace más pequeña aumentando la sección de las culatas con relación al núcleo central.

En un transformador trifásico cada columna está formada por un transformador monofásico, entonces toda la teoría explicada en la sección de los transformadores monofásicos es válida para los trifásicos, teniendo en cuenta que las magnitudes que allí aparecen hace referencia ahora a los valores por fase.

Conexiones

Para relacionar las tensiones y las corrientes primarias con las secundarias, no basta en los sistemas trifásicos con la relación de transformación, sino que se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión. Una manera de establecer estos desfases consiste en construir los diagramas fasoriales de tensiones y corrientes, conociendo: la conexión en baja y alta tensión (estrella, triángulo o zig-zag), las polaridades de los enrollados en un mismo circuito magnético o fase, y las designaciones de los bornes.

Los tres arrollamientos, tanto del primario como del secundario, se pueden conectar de diversas formas, siendo las siguientes algunas de las más frecuentes:

III.MATERIALES Y EQUIPO:

Multitester. 1 Transformador seccionado. Detector de voltaje. Termistor. Núcleos de acero silicoso laminado 1 transformador trifásico. Transformador.

IV.PROCEDIMIENTO:

El docente explico las partes de un transformador y como es su funcionamiento,

mantenimiento, tipo de material y aislantes.

También mostro dispositivos de detección y protección.

Núcleo de transformador de acero silicoso laminado aislante

Detector de voltaje

Parte interna de un cargador de 100- 240 v.

Transformador trifasico

Parte interna de una pinza amperimetrica analógico.

VI. DISCUCIONES:

Después de investigar en libros de electrónica y algunas páginas web quedo verificado que lo explicado por el profesor coincidió con las explicaciones que dan otros autores.

En el material del núcleo, tipos de devanado y como es que se obtiene la transformación de voltaje.

VII. CONCLUSIONES: las conclusiones a las que se llegó fueron las siguientes:

Un transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia.

Es un dispositivo eléctrico a base de dos bobinas que comparten electrones por medio de inductancia, ósea que la bobina electrizada induce electrones de la segunda bobina al que fluye la corriente.

En el transformador existen perdidas por; corrientes parasitas, histéresis, flujo disperso, etc

Es un sensor resistivo de temperatura En cuanto a los transformadores trifásicos; dependiendo de la aplicación se debe

escoger la conexión que más se adapte a las necesidades, ya que por ejemplo la conexión delta-Y entrega un voltaje alto pero con baja corriente, mientras que la conexión Y-Delta entrega bajo voltaje a alta corriente. Las conexiones Delta-Delta y Y-Y conservan la relación de transformación de los transformadores individuales.

Termistor (dispositivo de seguridad para

transformadores)

VIII. RECOMENDACIONES:

El alumno debería informarse más antes de realizar la práctica, para que de este modo se pueda entender mejor el funcionamiento en los trasformadores

IX.BIBLIOGRAFIA:

Stephen J. Chapman. Maquinas eléctricas cuarta edición. Charles Kingsley. Maquinas eléctricas sexta edición. http://es.wikipedia.org/wiki/Electrizaci%C3%B3n http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/

cargaycampoelectricos/contenidos/01d56993080930f36.html