Ficha de máquinas electricas Sub-área: mantenimiento de máquinas eléctricas Especialidad: Electrotecnia Colegio Vocacional Monseñor Sanabria TRANSFORMADORES

1. FICHA #3 MANTENIMIENTO DE
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
TRANSFORMADORES
COLEGIO VOCACIONAL MONSEÑOR SANABRIA
DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA
PROFESOR: LUIS FERNANDO CORRALES
ESTUDIANTE:
HELLEN MONTERO ROMERO

2. TRANSFORMADORES
• Definición de Transformador:
Los transformadores son dispositivos
electromagnéticos estáticos que permiten
partiendo de una tensión alterna conectada a su
entrada, obtener otra tensión alterna mayor o
menor que la anterior en la salida del
transformador. Permiten así proporcionar una
tensión adecuada a las características de los
receptores. También son fundamentales para el
transporte de energía eléctrica a largas distancias a
tensiones altas, con mínimas perdidas y
conductores de secciones moderadas.
• Aplicaciones básicas de los transformadores:
Tanto en materia de electricidad industrial y
comercial como en radiotelefonía, televisión y
electrónica en general, se encuentra el
transformador como un amplio campo de
utilización. Puede decirse que es el elemento
indispensable, especialmente en todo lo referente
a corrientes alternas de baja y alta frecuencia.
Un caso significativo es el de los sistemas de
potencia, en los que hace posible que la
generación, transporte y consumo de la energía
eléctrica se realice a las tensiones más rentables en
cada caso. El transporte resulta más económico
cuanto más alta sea la tensión, ya que la corriente y
la sección de los conductores son menores
(intensidades pequeñas provocan menores
pérdidas por el efecto Joule).

3. TRANSFORMADORES
• Principio de Funcionamiento:
Ley de inducción : Un campo magnético variable corta
el conductor del bobinado secundario induciendo una
fuerza electromotriz.
• Constitución general de un transformador
monofásico:
El transformador está constituido por un bobinado
primario, un bobinado secundario y un núcleo de
material ferromagnético.
• Defina técnicamente a que se refiere con el
concepto de transformadores reductores o
elevadores:
Los transformadores reductores son aquellos en los
que la tensión en el bobinado secundario es menor
que en la del primario.
Los elevadores por el contrario como su nombre lo
dice elevan la tensión de salida.
• Dibuje y explique que es el circuito eléctrico y
magnético primario y secundario de un
transformador:
El transformador está compuesto por dos bobinas, la
primaria recibe el voltaje de entrada, este produce un
campo magnético variable que llega hasta la bobina
secundaria y la corta entonces se produce una FEM
que mostrará una tensión de salida mayor o menor.

4. TRANSFORMADORES
• Explique la relación de transformación:
La relación de transformación indica la relación
entre la tensión de entrada y la de salida.
La relación de la FEM inductora (Ep), la aplicada al
devanado primario y la FEM inducida (Es) la
obtenida en el secundario, es directamente
proporcional al número de espiras de los
devanados primario (Np) y secundario (Ns), según
la ecuación.
• Cuál es la relación de espiras en transformadores
reductores y elevadores?
En un reductor el bobinado primario tiene más
vueltas y el secundario por consiguiente tiene un
número mucho menor para reducir la tensión
En cambio; el elevador tiene una cantidad pequeña
de vueltas en el primario y una mucho más grande
en el secundario esto para aumentar el voltaje
saliente.
• Cuál es la relación de corrientes en
transformadores reductores y elevadores?
Esta relación de corrientes se rige a la inversa de la
relación de espiras por lo tanto el elevador se
considera un reductor de corriente. Y en el caso del
reductor pos consecuencia sería elevador de
corriente.

5. TRANSFORMADORES • Defina técnicamente Potencia aparente como se da
esta en el primario y secundario de un
transformador.
Es la magnitud de la potencia compleja de un circuito
de corriente alterna, y se identifica con la letra S. Esta
representa la potencia total desarrollada en un circuito
con impedancia Z. Se puede averiguar mediante la
siguiente fórmula:
S= I•V
cuando la carga o consumo de un circuito por el que
circula corriente alterna son resistencias puras, por
efecto del material conductor, se obtiene una relación
aproximada de la potencia consumida o potencia que
se disipa, puede decirse que lo que se obtiene con la
fórmula es la Potencia Real que es disipada, un
vatímetro nos daría esta lectura. Se presenta un
problema cuando la carga es inductiva o capacitiva,
dado que el vatímetro da una lectura
de POTENCIA APARENTE, misma que es menor al
consumo real que se lleva a cabo. Es una desviación de
la carga y se muestra de forma parcial, no muestra la
totalidad de la potencia de utilización.

6. TRANSFORMADORES
• Realice un esquema dibujado donde
explique las pérdidas de potencia en el
núcleo y en el cobre que forman los
bobinados del transformador.

7. • Explique el funcionamiento en vacío y con carga de
un transformador
EN VACÍO: Si al transformador en estudio lo
alimentamos desde su bobinado primario, por medio
de una fuente de tensión alterna sinusoidal. Y el
devanado del secundario está desconectado de la
carga (en vacío), circulará por el primario una corriente
0 que a su vez, producirá un flujo magnético común a
ambos devanados y variable, al serlo la corriente que
lo ha establecido.
CON CARGA: Si en lugar de permanecer el secundario
abierto, se cierra a través del circuito exterior de
impedancia Z, circulará una corriente por el
secundario, desfasando un ángulo de la FEM del
devanado secundario. El valor de este ángulo
dependerá del circuito exterior siendo en la mayoría
de los casos de tipo inductivo. Por lo que la intensidad
del secundario irá en retraso con relación a la FEM del
secundario.
TRANSFORMADORES Cuáles son los sistemas de refrigeración
utilizados en transformadores?
1. AA: transformadores tipo seco con
enfriamiento propio, estos no contienen
aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el
aire es también el medio aislante que rodea
el núcleo y las bobinas, por lo general se
fabrican con capacidades inferiores a
2000kVA y voltajes menores de 15kV.
2. 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 disipación de calor por medio
de ventiladores o sopladores.
3. AA/FA: Transformadores tipo seco con
enfriamiento natural y con enfriamiento por
aire forzado, es básicamente un
transformador tipo AA al que se de
adicionan ventiladores para aumentar su
capacidad de disipación de calor.

8. TRANSFORMADORES
4. OA: Transformador sumergido en aceite con enfriamiento
natural, en estos transformadores el aceite aislante circula por
convección natural dentro de un tanque que tiene paredes
lisas o corrugadas o bien provistos con tubos radiadores. Esta
solución se adopta para transformadores de más de 50kVA
con voltajes superiores a 15kV.
5. OA/FA: Transformador sumergido en líquido aislante con
enfriamiento propio y con enfriamiento por aire forzado, es
básicamente un transformador OA con la adición de
ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de
calor en las superficies de enfriamiento.
6. FOA: Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por
aceite 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.
7. OA/FA/FOA: Con este tipo de enfriamiento se trata de
incrementar el régimen de operación (carga) de
transformador tipo OA por medio del empleo combinado de
bombas y ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en
dos pasos: en el primero 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, con el segundo paso se hace
trabajar la totalidad delos radiadores y bombas con lo que se
logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. Se
fabrican en capacidades de 10000kVA monofásicos a 15000
kVA trifásicos.
8. OW: Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por
agua, en estos transformadores el agua de enfriamiento es
conducida por serpentines, los cuales están en contacto con
el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad
o por medio de bomba independiente, el aceite circula
alrededor de los serpentines por convección natural.
9. FOW: Transformador sumergido en líquido aislante con
enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua
forzada, este tipo de transformadores es prácticamente igual
que el FO, solo que el cambiador de calor es del tipo de agua-
aceite y se hace el enfriamiento por agua.

9. TRANSFORMADORES
• Mencione la designación para los bornes de los
arrollamientos de alta y baja tensión.
Para alta tensión:
Red 16 kV : 22 000 ‐16 000 V entre fases en la
toma principal.
Red 20 kV : 20 000 V entre fases en la toma
principal.
Red 22 kV : 22 000 V entre fases en la toma
principal.
Red 24 kV : 24 000 V entre fases en la toma
principal.
Para baja tensión:
‐ Clase B2: 420 V entre fases.
‐ Clase B1B2: 242 y 420 V entre fases.
• Explique y dibuje la constitución del
transformador trifásico:
Un transformador trifásico está constituido por tres
transformadores monofásicos montados en un
núcleo magnético común.

10. TRANSFORMADORES
• Dibuje y explique el circuito magnético y
eléctrico primario y secundario de un
transformador trifásico.
• Se constituye de 3 fases conectadas a 120V cada
una y magnéticamente son 3 bobinas que
comparten un mismo núcleo.
• Dibuje las conexiones más
utilizadas en el primario y
secundario.
Estrella-
estrella
Triángulo-
Estrella
Estrella-
triángulo

11. TRANSFORMADORES • Cuáles son las características que se deben tomar
en cuenta para la formación de una banco trifásico
con transformadores monofásicos?
Estas van a depender del tipo de conexión que se
realice. Podemos citar algunas de sus características a
continuación:
CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA: Dos neutros, uno en
las bobinas primarias y otro en las bobinas
secundarias. Si no se conectan los neutros a tierra las
señales salen distorsionadas por el secundario. Los
voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes.
CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA: En este tipo de conexión
la corriente en el devanado de las bobinas secundarias
es de un 58% de la corriente de carga. Las distorsiones
de las tensiones de salida no resultan tan severos
como en la conexión Y/Y. También existe un
desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada
y salida de 30⁰. Este tipo de conexión se puede utilizar
en aplicaciones de reducción.
Triángulo
abierto
Triángulo
Zig-Zag
Estrella
Zig-Zag

12. TRANSFORMADORES
• CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA: Con una conexión de este
tipo se consigue un adelanto de fase de 30⁰ de las
tensiones de salida respecto a las tensiones de entrada.
Sin embargo , la desventaja del desfase puede ser
negativa, pues la conexión en paralelo con otra fuente de
energía es imposible, por otro lado, en el caso de que este
banco tenga que alimentar a un grupo de cargas aisladas
no representaría ningún inconveniente el desfase. La
principal ventaja de este tipo de conexión es que se
reduce considerablemente el gasto económico en el
aislamiento interno del transformador.
• CONEXIÓN DELTA-DELTA: Esta tiene la desventaja de no
disponer de ningún neutro, ni en el primario ni en el
secundario. Además, otra desventaja es el aislamiento
eléctrico que resulta más caro que otro de conexión (Y),
para las mismas especificaciones técnicas. En esta
conexión las tensiones de entrada ni salida se encuentran
en fase. Su principal ventaja de este modo de conexión es
que aunque las cargas no estén equilibradas la tensiones
mantienen un buen equilibrio.
• Sistemas trifásicos para cuatro conductores
La tensión trifásica , es esencialmente un sistema de tres
tensiones alternas ,acopladas, ( se producen
simultáneamente las 3 en un generador), y desfasadas
120º entre si.
Estas tensiones se transportan por un sistema de 3
conductores (3 fases), o de cuatro (tres fases + un
neutro). Por convención las fases se denominan R , S, T, y
N para el conductor neutro si existe.
Este sistema de producción y transporte de energía , en
forma trifásica, desde el generador a los receptores esta
universalmente adoptado, debido a que presenta
economía en el material de los conductores, para la
misma potencia eléctrica transmitida, y además permite
el funcionamiento de motores eléctricos muy simples
duraderos y económicos, de campo rotatorio, como los
motores asíncronos de rotor en cortocircuito (motores de
"jaula de ardilla"), que son los empleados en la mayoría
de las aplicaciones de baja y mediana potencia.

13. TRANSFORMADORES
• Explique y dibuje la construcción y principio de
funcionamiento de los transformadores para medida de
tensión.
Transformadores de tensión son transformadores que
transforman altas tensiones en tensiones medibles.
Transformadores de tensión tienen un sólo núcleo magnético
y pueden ser realizados con un o varios arrollamientos
secundarios. Transformadores de tensión aislados unipolar,
aparte del arrollamiento de medición o de protección,
pueden ser equipados con un arrollamiento adicional para el
registro de cortocircuito a tierra.
Transformadores de tensión pueden ser realizados como
transformadores unipolares o como transformadores aislados
bipolares
• Explique y dibuje la construcción y principio de
funcionamiento de los transformadores para medida de
corriente.
Los transformadores de corriente se utilizan en la práctica,
para medir la corriente sin interrumpir a las líneas de
corriente. Por lo tanto la medición de la corriente con la ayuda
de los transformadores de corriente es muy segura. Los
transformadores de corriente utilizan el campo magnético
natural del conductor activo para determinar la corriente. El
rango de corriente medible es de unos pocos mA hasta varios
mil amperios. Así es fácil y seguro medir corrientes en el
rango de 1 mA a 20 mA y también corrientes grandes de hasta
10000 A. Hay diferentes tipos de transformadores de
corriente: Transformadores de corriente flexibles para la
corriente alterna, pinzas de corriente para la corriente alterna
y pinzas de corriente para corriente continua y alterna. Los
transformadores de corriente pueden ser conectados a
diferentes dispositivos. Por lo tanto, es posible conectar las
pinzas de corriente con un conector BNC a un osciloscopio
para visualizar la corriente en la pantalla. También es posible
adaptar todos los transformadores de corriente a
multímetros. Debido a los diferentes tipos, los
transformadores de corriente son de uso universal.

14. TRANSFORMADORES
• Mencione las aplicaciones de los transformadores de
medida.
Se utilizan en mediciones de laboratorio, contadores de
precisión, en especial para grandes potencias (altas
tensiones). Casos que son de prever factores de potencia
bajos, mediciones de precisión, contadores normales,
aparatos de medida y reguladores sensibles. Amperímetros,
vatímetros y fasímetros.
• Defina técnicamente que es un autotransformador.
Un autotransformador es una máquina eléctrica, de
construcción y características similares a las de un
transformador, pero que a diferencia de éste, sólo posee un
único devanado alrededor de un núcleo ferromagnético.
En un autotransformador, la porción común del devanado
único actúa como parte tanto del devanado "primario" como
del "secundario". La porción restante del devanado recibe el
nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la
diferencia de tensión entre ambos circuitos, mediante la
adición en serie con la tensión del devanado común.
• Explique el principio de funcionamiento:
Al igual que los transformadores, los autotransformadores
funcionan basados en el principio de campos magnéticos
variantes en el tiempo, también llamada Ley de inducción
electromagnética o Ley de Faraday. Este dice que; un campo
magnético variable corta el conductor del bobinado secundario e
induce una FEM.
• Cuáles son los inconvenientes de los autotransformadores?
Una falla en el aislamiento de los devanados de un
autotransformador puede producir que la carga quede expuesta a
recibir plena tensión (la de la fuente). Se debe tener en cuenta
esta situación al decidir utilizar un autotransformador para una
determinada aplicación.
Las ventajas en ahorro de material (tanto en los devanados como
en el núcleo) tienen una limitación física, que en la práctica es una
relación de tensiones de 3:1. Para relaciones de tensión mayores a
ésta, o bien el transformador convencional de dos devanados es
más compacto y económico, o bien resulta imposible construir el
autotransformador.
En sistemas de transmisión de energía eléctrica, los
autotransformadores tienen la desventaja de no filtrar el
contenido armónico de las corrientes y de actuar como otra
fuente de corrientes de falla a tierra. Sin embargo, existe una
conexión especial -llamada "conexión en zig-zag"- que se emplea
en sistemas trifásicos para abrir un camino de retorno a la
corriente de tierra que de otra manera no sería posible lograr,
manteniendo la referencia de tierra

15. TRANSFORMADORES
• Realice un cuadro comparativo entre un
transformador y un autotransformador
TRANSFORMADOR AUTOTRANSFORMADOR
esta formado por un
núcleo y dos bobinados
independientes aislados
entre si
consiste en un núcleo con
un único bobinado el cual
tiene derivaciones para
aplicar la tensión de línea
y para obtener las
tensiones necesarias.
Son más costosos pero
más seguros en su uso
pues vienen protegidos
Son más económicos
pero más peligrosos pues
los aparatos que lo
utilizan no quedan
aislados de la línea
Eficiencia promedio Mucha más eficiencia
• Explique el funcionamiento de los
autotransformadores monofásicos,
reductores y elevadores.
- Si se aplica una tensión alterna entre los
puntos A y B, y se mide la tensión de salida
entre los puntos C y D, se dice que
el autotransformador es reductor de tensión.
- Si se aplica una tensión alterna
entre los puntos C y D, y se mide la
tensión de salida entre los puntos A y
B, se dice que el
autotransformador es elevador de
tensión.

16. TRANSFORMADORES
• Explique el funcionamiento de los
autotransformadores trifásicos
elevadores y reductores.
La bobina se divide en tres segmentos y de
ahí se parte para hacer la conexión como
aparece en la imagen. Dependiendo del
numero de vueltas de cada sección
podemos definirlo como elevador o
reductor.
• Características técnicas que debe reunir el transformador
que se desea construir
Debe ser un transformador con refrigeración natural por aire
para servicio interior/exterior.
Los conductores de sección redonda se aíslan con esmalte de
características eléctricas y mecánicas adecuadas para
satisfacer el nivel de aislamiento.
La forma cilíndrica de las bobinas asegura una buena
resistencia a los esfuerzos de cortocircuito complementada
con un sistema racional de apoyo y prensado en sus extremos.