El documento trata sobre transformadores eléctricos. Explica que los transformadores son máquinas eléctricas estáticas que reciben y entregan energía eléctrica mediante la conversión eléctrica-magnética-eléctrica. Describe los componentes principales de un transformador, los materiales de construcción, tipos de núcleos, y el principio básico de operación basado en la inducción electromagnética.

1. Cátedra
Máquinas Eléctricas
TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS

2. Introducción
 El transformador es una de las primeras máquinas eléctricas en ser
desarrollada
 El fenómeno de inducción fue descubierto por Faraday en 1831
 La primera bobina de inducción fue inventada por el sacerdorte Nicholas
Joseph Callan en 1836
 En 1876 el ingeniero Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación
basado en un conjunto de bobinas de inducción

3. Fundamentos
Transformadores:
Máquina eléctrica estática que recibe y entrega Energía Eléctrica
Por su diseño, realiza una conversión eléctrica – magnética – eléctrica de energía
Así como cualquier máquina, en su diseño se busca que posea un rendimiento
elevado, por lo tanto, idealmente se considera como una máquina que opera sin
pérdidas. Es decir:
𝑆1 = 𝑆2
Transformador
Eléctrico
1 2

4. Fundamentos
Componentes
 Núcleo Magnético (materiales
ferromagnéticos, aire)
 Devanados (primario, secundario,
terciario, …)
Función: Permite transformar tensiones y
corrientes en una red de corriente
alterna
𝑉𝑃
𝑉𝑆
=
𝑁𝑃
𝑁𝑆

5. Materiales de construcción
 Devanado:
 Cobre recubierto con película o barniz
aislante/dieléctrico
 Núcleo:
 Aire
 Materiales Ferromagnéticos laminados
 Polvos Metálicos
 Cerámicos

6. Tipos de Núcleo

7. Construcción
 https://www.youtube.com/watch?v=zpc-oaeyu8w
 https://www.youtube.com/watch?v=9Y958Vc5ohI
 https://www.youtube.com/watch?v=Ziv5EYg0QGg

8. Principio de Operación
ර
𝐶
𝐻𝑑𝑙 = ඵ
𝑆
Ԧ
𝐽𝑑𝑠 + ඵ
𝑆
𝜕𝐷
𝜕𝑡
𝑑𝑠
𝐻 ∙ 𝑙 = 𝑁 ∙ 𝐼
ර
𝐶
𝐸𝑑𝑙 = − ඵ
𝑆
𝜕𝐵
𝜕𝑡
𝑑𝑆
𝜀 = −
𝜕𝜑
𝜕𝑡

9. Histéresis
La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus
propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado.
La densidad de flujo magnético (B) y la intensidad de campo magnético (H) se
relacionan de distinta manera dependiendo del tipo de material:
𝐵 = 𝜇𝐻
Una familia de bucles B-H medidas con una densidad de flujo modulado
sinusoidalmente a 50 Hz con una amplitud variando desde 0,3 T hasta 1,7 T. El
material es acero eléctrico con grano orientado. BR denota la magnetización
remanente y HC denota la coercitividad.

10. Modelo Eléctrico: Ideal
 El modelo ideal considera un
transformador sin pérdidas:
𝑆1 = 𝑆2
 Dado esto, el modelo del
transformador será:
𝐸1
𝐸2
=
𝑁1
𝑁2

11. Modelo Eléctrico: Completo
 Parámetros Serie
 Resistencias de devanado Rp/Rs
 Reactancias de Dispersión Xp/Xs
 Parámetros Shunt (admitancia
de excitación)
 Conductancia Gc (Rm)
 Suceptancia Bm (Lm)

12. Modelo Eléctrico: Parámetros Shunt
 Parámetros Shunt (admitancia
de excitación)
 Corrientes Parásitas
 Pérdidas por Histéresis

13. Modelo Eléctrico: Parámetros Shunt
 Parámetros Serie
 Resistencias de devanado Rp/Rs
 Reactancias de Dispersión Xp/Xs

14. Corriente de Excitación
 Corriente que circula por la rama de
excitación
 Posee dos componentes: activa y
reactiva
 Activa: pérdidas por corrientes
parásitas (Focault)
 Reactiva: Componente encargada de
la magnetización del núcleo

15. Corriente de Excitación:
Estimación Gráfica
Mediante curva de magnetización Mediante Curva de Histéresis

16. Corriente Inrush
 Corriente que circula por el
transformador durante la energización
 La corriente es altamente asimétrica y
decreciente
 Puede durar muchos ciclos
 Puede alcanzar hasta 15 veces la
corriente nominal del transformador
 Se origina cuando se mezclan dos
condiciones
 Existe un campo magnético remanente
en el núcleo
 La energización del transformador

17. Prueba de Vacío y de Corto Circuito
 Prueba de Vacío
 Se alimenta con tensión nominal (a frec
nominal) por el lado de AT o BT
 Se dejan terminales abiertos en lado
contrario
 Se mide:
 Po
 Vo
 Io
 Con estos parámetros se puede obtener:
 Y0, gc y bm
 Prueba de Cortocircuito
 Se alimenta con tensión reducida (a frec
nominal) por lado AT o BT
 Se aplica cortocircuito en lado contrario
 La tensión debe ser suficiente para
desarrollar I nominal
 Se mide
 Pcc
 Vcc
 Icc
 Con estos parámetros se puede obtener:
 Zeq, Req y Xeq

18. Prueba de Vacío y de Corto Circuito
Normalizada
 Debido a la libertad existente para realizar las pruebas alimentando por
el lado AT y BT, estas pruebas están estandarizadas (normalizadas):
 Prueba de Vacío: se realiza alimentando por el lado BT
 Razones:
 Seguridad
 Factibilidad (fuentes de gran tensión)
 Prueba de Cortocircuito: se realiza alimentando por lado de AT
 Razones:
 Seguridad
 Factibilidad (fuentes de gran corriente)

19. Refrigeración
 Para transformadores sumergidos en
aceites dieléctricos, se definen
distintos tipos de sistemas de
refrigeración
 Si tiene algún sistema de refrigeración
activo, se define una potencia para
condiciones normales y otra cuando
el sistema de refrigeración está activo:
 120/150 MVA ONAN/ONAF

20. Aceites Dieléctricos
 Aceites Minerales
 Aceites Sintéticos
 Aceites Vegetales
 Antiguamente: Bifelinos Policlorados*
(PCB: Polychlorinated Bifelins)
 Análisis:
 Rigidez Dieléctrica
 Análisis Cromatográfico
 Punto de Rocío
 Análisis Físico Químico
 Ausencia de PCB*
PCB: compuestos químicos persistentes al ambiente, de difícil degradación mediante procedimientos
químicos–físicos y biológicos. Al derramarse al ambiente puede bio acumularse al ser absorbido por
animales, acumulándose en los tejidos grasos de los seres vivos. Esto hace que se transporte a largas
distancias especialmente si llega al mar debido a la migración de peces y aves, por lo que se encuentra
prácticamente en todo el mundo, causando daño los ecosistemas y los seres humanos.
https://www.revistaei.cl/reportajes/aceite-mineral-mas-usado-los-transformadores-alta-tensaceite-mineral-
es-el-mas-usado-para-los-transformadores-de-alta-tension-ion/#

21. Protecciones Mecánicas
Temperatura
 Temperatura de Aceite
 Temperatura de Devanado
 Ver:
https://es.slideshare.net/asleyalba73/
protecciones-mecanicas-de-los-
transfomadores
Aceite - Gas
 Presión Súbita
 Sobrepresión
 Nivel de Aceite
 Protección Buchholz

22. Cambio de Taps
 Mecanismo que permite reducir o aumentar el número
de espiras por las que circula corriente en un
devanado (AT o BT).
 Este cambio en el número de espiras afecta la razón
de transformación del equipo
 Se usa para regular la tensión mediante cambios
porcentuales más “finos” en la tensión
 Existen cambiadores de Tap:
 Manuales o Automáticos
 De operación bajo carga o fuera de servicio
 OLTC: On Line Tap Changer
 DETC/NLTC: De-Energized Tap Changer/No Load Tap
Changer

23. AUTOTRANSFORMADORES
 Usualmente usados en
aplicaciones en donde V1
y V2 son valores cercanos
(25% de diferencia)
 Más económicos que
alternativa normal
 No cuentan con aislación
galvánica entre
devanados primarios y
secundarios

24. Ejemplo Transformadores

25. Ejemplo Transformadores - Distribución

26. Ejemplo Transformadores - Transmisión