Este documento describe los fundamentos de los transformadores eléctricos. Explica que los transformadores se utilizan para convertir tensiones de entrada en tensiones de salida de mayor o menor valor manteniendo la misma frecuencia. También describe los componentes principales de un transformador como el núcleo de chapa magnética aislada y los devanados primario y secundario. Finalmente, menciona algunos rangos típicos de tensiones y potencias para diferentes tipos de transformadores.

1. Máquinas
Eléctricas estáticas
10estalin@gmail.com
«Solo la perseverancia te llevara a superarte»

2. La fmm representa a la suma
de corrientes que crean el
N I
H
campo magnético l
Como el vector densidad de
B S flujo y superficie son paralelos
Como se cumple: B H Sustituyendo:
a
N I
l l
R=Reluctancia R
a S a S

3. “El valor absoluto de la
Ley de inducción fuerza electromotriz
electromagnética: inducida está determi- d
nado por la velocidad e
Faraday 1831 dt
de variación del flujo
que la genera”
“la fuerza electromotriz
inducida debe ser tal que d
tienda a establecer una co-
e
Ley de Lenz rriente por el circuito mag-
dt
nético que se oponga a la d
variación del flujo que e N
la produce” dt

4. B
Magnetismo remanente:
estado del material en B
m
ausencia del campo
magnético
BR
Campo coercitivo: el
necesario para anular BR
Hc H
-Hm Hm
Hm
CICLO DE HISTÉRESIS
-Bm

5. Cuanto > sea Bm
Inducción
> será el ciclo de
máxima Bm
histéresis
Las pérdidas por histéresis
son proporcionales al PHistéresis=K*f*Bm2 (W/Kg)
volumen de material
magnético y al área del ciclo
de histéresis
Cuanto > sea f >
será el número de
Frecuencia f ciclos de histéresis
por unidad de
tiempo

6. Corrientes parásitas Flujo magnético Sección transversal
del núcleo
Las corrientes parásitas son corrientes que circulan por el inte-
rior del material magnético como consecuencia del campo.
Según la Ley de Lenz reaccionan contra el flujo que las crea
reduciendo la inducción magnética, además, ocasionan pér-
didas y, por tanto, calentamiento
Pérdidas por corrientes parásitas: Pfe=K*f2*Bm (W/Kg)

7. Aislamiento entre chapas Sección transversal
del núcleo
Menor
sección
para el
Flujo magnético paso de la
corriente
Chapas magnéticas apiladas
Los núcleos magnéticos de todas las máquinas
Se construyen con chapas aisladas y apiladas

8. Núcleo macizo Núcleo de chapa
aislada
L= Longitud
recorrida
por la
corriente
Sección S1 S2<<S1 R2>>R1 Sección S2
Resistencia eléctrica Resistencia eléctrica
del núcleo al paso de R1= *L1/S1 de cada chapa al paso R2= *L2/S2
Corrientes parásitas de corrientes parásitas

9. Tema II: Fundamentos sobre
generación transporte y
distribución de energía
eléctrica

10.  Estáticas  Transformadores
MÁQUINAS
ELÉCTRICAS  Motores
 Rotativas
 Generadores
Transformador
SISTEMA MEDIO DE SISTEMA
ELÉCTRICO ACOPLAMIENTO ELÉCTRICO
Transformador

11. Monofásicos o
De potencia trifásicos
Monofásicos o
Transformadores De medida trifásicos
Monofásicos o
Especiales trifásicos
Existen distintos tipos de transformadores de potencia
Los de medida pueden medir tensiones o corrientes

12. Tema III: Aspectos y
propiedades industriales de las
máquinas eléctricas

13. Según que la circulación del fluido refrigerante se
deba a convección natural o forzada (impulsado por
una bomba) se habla de refrigeración natural (N) o
forzada (F)
Las normas clasifican los sistemas de refrigeración de
los transformadores según el refrigerante primario
(en contacto con partes activas) y secundario ( el
utilizado para enfriar al primario). Se utilizan aire,
aceite natural, aceite sintético y agua.

14. X X X X SE UTILIZAN 4 DÍGITOS
COMO CÓDIGO
Tipo de circulación del refrigerante
secundario (N) o (F).
Tipo de refrigerante secundario (A)
aire, (W) agua.
Tipo de circulación del refrigerante Ejem OFAF
primario (N) o (F).
Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral,
(L) aceite sintético.

15. IC X X X X X SE UTILIZAN 5 DÍGITOS
Tipo de circulación del refrigerante secundario:
0 Convección libre, 1 Autocirculación, 6 Com-
ponente independiente, 8 Desplazamiento
relativo
Tipo de refrigerante secundario: A aire, W agua
Tipo de circulación del refrigerante primario: 0
Convección libre, 1 Autocirculación, 6 Componente
independiente
Ejem IC4A11
Tipo de refrigerante primario: A aire
Ejem IC0A1
Tipo de circuito de refrigeración: 0 circulación libre circuito abierto,
4 carcasa enfriada exterior

16. Tema IV: Transformadores

17. Transformador
elemental Flujo magnético
Se utilizan en redes eléctricas para
convertir un sistema de tensiones
(mono - trifásico) en otro de igual
I1 I2
frecuencia y > o < tensión
V1 V2 La conversión se realiza práctica-
mente sin pérdidas
Secundario Potentrada Potenciasalida
Primario
Las intensidades son inversamente
proporcionales a las tensiones en
Núcleo de chapa
magnética aislada cada lado
Transformador elevador: V2>V1, I2<I1 Transformador reductor: V2<V1, I2>I1
Los valores nominales que definen a un transformador son: Potencia
aparente (S), Tensión (U), I (corriente) y frecuencia (f)

18. En la construcción del núcleo se
utilizan chapas de acero aleadas
I1 I2 con Silicio de muy bajo espesor
(0,3 mm) aprox.
V1 V2
El Si incrementa la resistividad del
material y reduce las corrientes
parásitas
La chapa se aisla mediante un tratamiento químico (Carlite) y se obtiene por
LAMINACIÓN EN FRÍO: aumenta la permeabilidad. Mediante este procedimiento
se obtien factores de relleno del 95-98%
5 Corte a 90º
Montaje chapas núcleo a 45º
Corte
3
4 El núcleo puede
2 tener sección
cuadrada. Pero
1 es más frecuente
aproximarlo a la
circular

19. 600-5000 V
Diferentes formas
constructivas de
devanados según
tensión y potencia
4,5 - 60 kV
Los conductores de los devanados están aislados entre sí:
En transformadores de baja potencia y tensión se utilizan
hilos esmaltados. En máquinas grandes se emplean
pletinas rectangulares encintadas con papel impregnado
en aceite
El aislamiento entre devanados se realiza dejando
> 60 kV espacios de aire o de aceite entre ellos
La forma de los devanados es normalmente circular
El núcleo está siempre conectado a tierra. Para evitar
elevados gradientes de potencial, el devanado de baja
tensión se dispone el más cercano al núcleo

20. Aislante
Primario
Secundario Secundario
Primario
Estructura
devanados: Núcleo con 2 columnas Núcleo con 3
trafo columnas
Aislante
monofásico
Primario
Secundario
Primario
Secundario
Aislante
Concéntrico Alternado

21. Catálogos comerciales
Conformado conductores
devanados
Catálogos comerciales
Fabricación núcleo:
chapas magnéticas

22. 1 Núcleo
1’ Prensaculatas
2 Devanados
3 Cuba
4 Aletas refrigeración
5 Aceite
6 Depósito expansión
7 Aisladores (BT y AT)
8 Junta
9 Conexiones
10 Nivel aceite
11 - 12 Termómetro
13 - 14 Grifo de vaciado
15 Cambio tensión
16 Relé Buchholz
17 Cáncamos transporte
18 Desecador aire
Transformadores de potencia medida... E. Ras Oliva 19 Tapón llenado
20 Puesta a tierra

23. Considerando que la
(t)
conversión se realiza
prácticamente sin
pérdidas: I1(t) I2(t)
Potentrada Potenciasalida
P1 P=0 P2
U1(t) U2(t)
Considerando que la
tensión del secundario
en carga es la misma
que en vacío:
U2vacío U2carga
Las relaciones
U1 I2 I1 1 de tensiones y
P1 P2: U1*I1=U2*I2 rt corrientes son
U2 I1 I2 rt
INVERSAS
El transformador no modifica la potencia que se transfiere,
tan solo altera la relación entre tensiones y corrientes

24. 4.5 Corriente de vacío I
B- B S , U1, i0 1’’
CORRIENTE
Zona de saturación 1’ 1 DE VACÍO i0
2’=3’ U1 2 3
Zona
lineal
2’’ 3’’
Material del
núcleo magnético
H – i0 t
NO se considera el N i H l
ciclo de histéresis DEBIDO A LA SATURACIÓN DEL
CON EL FLUJO Y LA MATERIAL LA CORRIENTE QUE
d (t ) CURVA BH SE PUEDE ABSORBE EL TRANSFORMADOR
U1(t ) e1(t ) N1
dt OBTENER LA CORRIENTE EN VACÍO NO ES SENOIDAL

25. 4.5 Corriente de vacío II
B- , U1, i0 1’’
CORRIENTE
1’ 1 DE VACÍO I0
Ciclo de
histéresis
U1
DESPLAZAMIENTO
3’ 3
2’’
2’ 2
Material del
núcleo magnético 3’’
H – i0 t
SÍ se considera el
ciclo de histéresis
DEBIDO AL CICLO DE HIS-
El valor máximo se mantiene TÉRESIS LA CORRIENTE
pero la corriente se desplaza ADELANTA LIGERAMENTE
hacia el origen. AL FLUJO

26. La corriente de vacío NO Para trabajar con
es senoidal fasores es necesario que
sea una senoide
Se define una senoide
PROPIEDADES equivalente para los
cálculos
Igual valor eficaz que la corriente real de
vacío: inferior al 10% de la corriente nominal
Desfase respecto a la tensión aplicada que cumpla:
U1*I0*Cos 0=Pérdidas hierro

27. Senoide Senoide
U1=-e1 equivalente equivalente
U1=-e1
I0 0 I0
NO se considera el
ciclo de histéresis: SÍ se considera el
e1 NO HAY PÉRDIDAS ciclo de histéresis:
e1 HAY PÉRDIDAS
I0
0
Ife Componente P U I0 Cos 0
de pérdidas
P=pérdidas
I por histéresis
Componente
magnetizante en él núcleo

28. Flujo de dispersión:
se cierra por el aire (t)
Representación
simplificada del flujo de
I0(t) I2(t)=0 dispersión (primario)
U1(t) U2(t)
En vacío no circula
corriente por el
secundario y, por
tanto, no produce
flujo de dispersión
Resistencia Flujo de
interna dispersión (t) En serie con
el primario
I0(t) R1 Xd1 I2(t)=0 se colocará
una bobina
que será la
U1(t) e1(t) U2(t) que genere
el flujo de
dispersión
U1 R1 I0 jX d1 I0 e1

29. (t)
R1 Xd1 Xd2 R2
I1(t)
I2(t)
U1(t) e1(t) e2(t) U2(t)
rt
El núcleo tiene pérdidas
Este efecto puede emularse que se reflejan en la
mediante una resistencia y aparición de las dos
una reactancia en paralelo componentes de la
I0 corriente de vacío
Ife I I0
0
Rfe X Ife Componente
de pérdidas
I
Componente
magnetizante

30. (t)
Condiciones ensayo:
I0(t) I2(t)=0 Secundario en
A W circuito abierto
U1(t) U2(t) Tensión y
frecuencia
nominal
Pérdidas en el hierro W
Resultados ensayo: Corriente de vacío A
Parámetros circuito Rfe, X