El Transformador Monofásico

Actividades

1. Explica la discrepancia que se plantea entre el modelo de transformador ideal para

vacío y para carga.

El transformador ideal en vacío al

conectar al primario una fuente de

tensión V, aparece en el secundario

una corriente de vacío I0, debido al

propio arrollamiento. Y el

transformador ideal en carga aparece

en el secundario una corriente I2

relacionada con la I1 por la relación de

transformación.

2. Necesitamos diseñar un transformador para conectarlo a 220V que nos proporcione

18V a la salida. Se dispone de un núcleo de una sección e inducción que determinan

que el flujo máximo debe ser de 10 mWb. Calcula el número de espiras del primario y

el secundario.

𝑁1 =𝐸1

4,44 ∙ 𝑓 ∙ 𝛷𝑚𝑎𝑥=

220

4,44 ∙ 50 ∙ 0,01= 100 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠.

𝑁2 =𝐸2

4,44 ∙ 𝑓 ∙ 𝛷𝑚𝑎𝑥=

18

4,44 ∙ 50 ∙ 0,01= 8 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠.

3. El transformador de la actividad anterior debe alimentar una carga de 10 Ω. Calcula las

corrientes por el primario y el secundario.

𝐼2 =𝑈2

𝑅=

18

10= 1.8𝐴

𝑈1

𝑈2=

𝐼2

𝐼1=> 𝐼1 =

𝐼2 × 𝑈2

𝑈1=

1.8 × 18

220= 0.147𝐴

4. Busca en Internet tres fabricantes de transformadores y selecciona como mínimo un

transformador para los siguientes tipos de núcleo:

De columnas

RUHSTRAT

Transformador trifásico máx 36 KV, 8 MVA

Tiene 3 bobinados.

Acorazado

OMECA S.A.

Transformadores monofásicos de baja tensión desde 40 V.A. hasta 3.200 V.A.

Tiene 2 bobinados.

Toroidal.

CROVISAN

Transformadores monofásicos de 20 VA/3000 VA y tiene 2 bobinados.

5. Un transformador 1000/230V tiene sus bobinados arrollados sobre un núcleo de

columnas con una sección de 30 cm2 y una inducción para su plancha magnética de 1

tesla. Calcula el flujo máximo y las espiras del primario y del secundario.

Cálculo del flujo magnético

1𝑇 ∙ 0.003𝑚

1𝑚= 0.003𝑇

∅ =1𝑊𝑏 ∙ 0.003𝑇

1𝑊𝑏= 0.003𝑊𝑏

Cálculo de espiras

𝑁1 =𝐸1

4.44 ∙ 𝑓 ∙ ∅𝑚𝑎𝑥=

1000𝑉

4.44 ∙ 50𝐻𝑧 ∙ 0.003𝑊𝑏= 1501.5 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠.

𝑁2 =𝐸2

4.44 ∙ 𝑓 ∙ ∅𝑚𝑎𝑥=

230𝑉

4.44 ∙ 50𝐻𝑧 ∙ 0.003𝑊𝑏= 345.34 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠.

6. El transformador anterior es de una potencia de 1 kVA. Se quiere utilizar para

alimentar en el secundario una carga de 600 W y un factor de potencia de 0,7. Calcula

si el transformador podrá suministrar la potencia adecuada a la carga y, si así fuera,

qué corrientes circularían por el primario y por el secundario.

𝑄 = 𝑉 ∙ 𝐼 ∙ 𝑆𝑒𝑛 𝛼

𝐼 =𝑄

𝑉 ∙ 𝑆𝑒𝑛 𝛼

𝐼 =1000𝑉

230𝑉 ∙ 0.7= 6.21

𝑃 = 𝑉 ∙ 𝐼 ∙ 𝐶𝑜𝑠𝛼 = 230 ∙ 6.21 ∙ 0.7 = 999.81𝑤

Potencia máxima de 999.81 W por lo que puede suministrar 600 W.

Corrientes que circulan por el primario y secundario del transformador:

𝑃 = 𝑉 ∙ 𝐼 ∙ 𝐶𝑜𝑠𝛼

𝐼 =𝑃

𝑉 ∙ 𝐶𝑜𝑠=

600𝑊

230𝑉 ∙ 0.7= 3.72𝐴

𝑉1

𝑉2=

𝐼2

𝐼1

𝐼1 =𝑉2 ∗ 𝐼2

𝑉1=

230 ∗ 3,75

1000= 0,862𝐴

7. Explica las diferencias que implicaría utilizar el transformador anterior considerando su

modelo real frente al utilizado para los cálculos (transformador ideal).

La diferencia entre un transformado real y otro ideal, son las pérdidas por el histéresis,

Foucault y Joule.

8. Intenta encontrar, cerca de tu casa, la subestación transformadora de la que depende

tu vivienda y que alberga el transformador.

Mi vivienda esta alimentada por un centro de transformación, cuya empresa la podeis

encontrar en http://www.selma.es/.

Casetas prefabricadas con hormigón y vibrado.

A continuación encontraremos un enlace con el centro de transformación y sus características:

http://www.selma.es/index.php/catalogo-de-productos/c-t-pasillo-maniobra.html

También en estos enlaces encontraremos características de sus componentes:

Celdas Fluofix

http://www.selma.es/index.php/catalogo-de-productos/celdas-fluofix.html

Celdas Normafix

http://www.selma.es/index.php/catalogo-de-productos/celdas-normafix.html

Telemandos

http://www.selma.es/index.php/catalogo-de-productos/telemandos.html

Terminales de cables: interior y exteriores 24/36 KV

http://www.selma.es/index.php/catalogo-de-productos/conectores/terminales-de-cables-

interior-y-exteriores-24-36-kv.html

Terminales enchufables 24/36 Kv

http://www.selma.es/index.php/catalogo-de-productos/conectores/terminales-enchufables-

24-36-kv.html

9. Busca en internet tres transformadores de potencia que tengan características

diferentes en cuanto a la función, el número de fases, la ubicación, la ventilación y el

agente refrigerante.

TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION

Descripción: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Características Generales: Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se proveen en frecuencias de 50-60 Hz. La variación de tensión, se realiza mediante un conmutador exterior de accionamiento sin carga.

Transformadores Rurales

Descripción: Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.

AUTOTRANSFORMADORES

Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos sistemas de transmisión de tensiones diferentes, frecuentemente con un devanado terciario en triángulo. De manera parecida, los autotransformadores son adecuados como transformadores elevadores de centrales cuando sé desea alimentar dos sistemas de transporte diferentes. En este caso el devanado terciario en triángulo es un devanado de plena capacidad conectado al generador y los dos sistemas de transporte se conectan al devanado, autotransformador. El autotransformador no sólo presenta menores pérdidas que el transformador normal, sino que su menor tamaño y peso permiten el transporte de potencias superiores.

10. Un transformador de 1000/230V sometido a un ensayo de vacío nos proporciona las

siguientes medidas: Io=0,95 A; el vatímetro indica 265 W. Calcula las pérdidas en el

hierro y en el cobre, el factor de potencia en vacío y el valor de la resistencia

equivalente del hierro, así como el valor de la resistencia de magnetización.

𝐹𝑃 =𝑃𝑓𝑒

𝑉1 ∗ 𝐼0=

265

950= 027

𝐼𝑓𝑒 = 0.95 ∗ 0,27 = 0.26 𝐴

𝐼𝑚 = 0.95 ∗ 0,96 = 0.912 𝐴

El arcocoseno de FP 74,3 y el seno es 0,96

𝑅𝑓𝑒 =𝑃𝑓𝑒

𝐼2𝑓𝑒=

265

0.07= 3785,71Ω

𝑋𝑚 =𝑉1𝑚

𝐼2𝑚=

1000

0.83= 1204,82Ω

11. Un transformador tiene las siguientes características; 250 kVA y 30000/400 V. Se

realiza el ensayo de cortocircuito y se obtienen las siguientes lecturas:

Amperímetro en el primario: 8,3 A

Vatímetro en el primario: 3950 W

Voltímetro en el primario: 1800 V

Calcula la tensión de cortocircuito en porcentaje (%), la impedancia, la resistencia y la

reactancia de cortocircuito y el factor de potencia de cortocircuito.

𝐶𝑜𝑠 𝜑 =3950

1800 ∗ 8,3= 0,26

𝑍𝑐𝑐 =𝑈𝑐𝑐

𝐼𝑐𝑐=

1800

8,3= 216,86 Ω

El arcocoseno de 0,26 es 74,9 y el seno es 0,96

𝐼𝑓𝑒 = 216,86 ∗ 0,26 = 56,38 Ω

𝑋𝑐𝑐 = 216,86 ∗ 0,96 = 208,18 Ω

µ𝑐𝑐 =𝑈𝑐𝑐

𝑈𝑛∗ 100 =

1800

30000∗ 100 = 6 %

12. Dibuja el símbolo para un transformador trifásico Yy y un transformador Dy. Di el

nombre de los bornes.

Transformador Dy

Transformador Yy

13. ¿Qué indica el índice horario?

- El primario y el secundario al tener la misma conexión (Yy) las tensiones primarias

y secundarias están en fase a 180º, según el borne que conectemos a la red,

cuando están en fase se identifican con el 0º.

- El índice horario es el número entero entre 1 y 11 que indica el desfase entre los

dos bobinados. El desfase se sostiene en el índice y divide entre 30º.

14. Señala los desfases que existirán entre el lado de baja y alta para los transformadores

Dy7, Yz7, Dz10 y Dd6.

- Dy7: el desfase entre el lado de alta y el lado de baja es de 210º

- Yz7: el desfase entre el lado de alta y el lado de baja es de 210º

- Dz10: el desfase entre el lado de alta y el lado de baja es de 300º

- Dd6: el desfase entre el lado de alta y el lado de baja es de 180º

15. Busca tres modelos diferentes de transformadores de tensión y de corriente e indica

para cada uno de ellos sus relaciones de transformación

- Transformador de tensión de distribución: la relación de transformación de este es

de 100kVA a 35 kV.

- Transformador de pulsos: Es un transformador especial muy rápido que esta

creado para funcionar por pulsos. Es muy versátil para controlar tensiones de

220V.

- Transformador de tensión subterráneos: la relación de transformación de este es

de 400 a 231 V.