Transformadores upc

Dpto. de Ingeniería Eléctrica – Universidad Politécnica de Cartagena – (fcojavier.canovas@upct.es)
Titulación. Ingeniero Organización Industrial
Asignatura. Tecnología Eléctrica
Rev. 1.0 (Enero-2012)
Universidad Politécnica de Cartagena
DPTO. DE INGENIERÍA ELÉCTRICA – FRANCISCO JAVIER CÁNOVAS RODRÍGUEZ
Tema III. Transformadores
3.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR 2
3.2. FINALIDAD Y UTILIZACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES. 3
3.3.TIPOS Y CONSTITUCIÓN 4
3.4. POTENCIA NOMINAL DE UN TRANSFORMADOR 6
3.5. CORRIENTE DE VACÍO EN EL TRANSFORMADOR 6
3.6. ANÁLISIS DEL TRANSFORMADOR REAL 7
3.7. TRANSFORMADOR REAL EN CARGA 8
3.8. ESQUEMA EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR: RESISTENCIA Y REACTANCIA DE CC. 8
3.9. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO 11
3.10. PÉRDIDAS Y RENDIMIENTOS DE UN TRANSFORMADOR 15
3.11. TRANSFORMADORES EN PARALELO 16
3.12. AUTOTRANSFORMADOR 17
3.13. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO: INTRODUCCIÓN 18
3.14. BANCO TRIFÁSICO A BASE DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS 18
3.15. TRANSFORMADOR DE TRES COLUMNAS (UN SOLO NÚCLEO) 18
3.16. FUNCIONAMIENTO EN RÉGIMEN EQUILIBRADO ENSAYOS Y ESQUEMA EQUIVALENTE 20
3.17. CONEXIONES EN LOS TRANSFORMADORES. 22
3.18. CATÁLOGO DE TRANSFORMADORES 24
3.19. BIBLIOGRAFÍA 25

Transformadores
2
3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR
R1=0
Fuente: “Fundamentos de Electrotecnia para Ingenieros: Máquinas Eléctricas”, Marcombo
Ley de Faraday ⇒ dt
d
Ne
φ
·1 −=
SBNfE m····' 11 444=
u1 e1
i0 ϕ
e2
SBNfE m····' 22 444=
¿R1≠0?
Relación de transformación nominal, con respecto a
tensiones
2
1
2
1
,2
min,1
1
N
N
E
E
U
U
r
vacío
alno
tn =≅=
Tema III. Transformadores.

Transformadores
3
Sistema a una
determinada tensión
Sistema a una tensión
diferente
Sistema a una
determinada tensión
3.1. Principio de funcionamiento del transformador (II).
Con respecto a las Intensidades. Si se considera el trafo
real
SnT rendimiento
10÷1000 kVA 96÷99%
10.000÷100.000 kVA 99÷99’7%
1
2
2
1
N
N
ti
ti
=
)(
)(
3.2. FINALIDAD Y UTILIZACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES.
-Finalidad.
Transmitir energía
-Utilidades
Fuente: “Transformadores de Potencia, de medida y de protección”, Marcombo

Transformadores
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-Según la función.
-Sistema de tensiones.
-Según aumenten o reduzcan la tensión.
-Según el refrigerante.
-Según la refrigeración.
a) Circuito eléctrico.
b) Circuito magnético.
c) Refrigeración.
3.3.TIPOS Y CONSTITUCIÓN.
Tipos
Principales símbolos
Constitución
a) Circuito eléctrico.
Posibles disposiciones de las bobinas.
(a) (b) (c) (e) (f)(d)
6000 V
10 kVA
50 Hz
220 V
6000 V
10 kVA
50 Hz
220 V
6000 V
10 kVA
50 Hz
220 V
6000 V
10 kVA
50 Hz
220 V
10000 V
500 kVA
50 Hz
380 V
10000 V
500 kVA
50 Hz
380 -
220V

Transformadores
5
3.3. Tipos y Constitución (II).
b) Circuito magnético.
Núcleo con chapas ferromagnéticas.
tipo de chapa Pérdidas por histéresis
y corrientes parásitas (W/kg)
chapa normal 0’8÷1’3 (50Hz,1 T)
grano orientado 0’4÷0’5 (50Hz,1 T.)
1÷1’2 (50Hz,1’5T.)
-Aislamiento (papel, barniz y carlite)
-Factor de relleno o de aprovechamiento
(0’88 del papel  0’95÷0’97 del carlite)
c)Refrigeración  Refrigerante
-Tipos de refrigeración.
Ha repercutido en

Transformadores
6
3.4. POTENCIA NOMINAL DE UN TRANSFORMADOR.
3.5. CORRIENTE DE VACÍO EN EL TRANSFORMADOR.
Supondremos io senoidal,
su diagrama fasorial, será.
Fuente: “Fundamentos de Electrotecnia para Ingenieros:
Máquinas Eléctricas”, Marcombo
Por lo tanto, la “Potencia Activa”, llamada también
pérdidas en el núcleo ferromagnético.
Trafo modernos trafo antiguos
Io 0’6÷8%·I1n 4÷14%·I1n
IFe 1÷15%·Io 5÷14%·Io
SnT kVA / MVA
P=U1·Io·cosϕo = U1·IFe
Iµ≅Io

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7
3.6. ANÁLISIS DEL TRANSFORMADOR REAL.
Caso A.- Consideración de la resistencia en el primario.
Caso B.- Consideración del flujo de dispersión.
U1
E1
I0
Iµ
IFe
R1 I0
jXd1 I0
Φ

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8
3.6. ANÁLISIS DEL TRANSFORMADOR REAL EN VACÍO (II).
Caso C.- Ensayo de vacío.
3.7. TRANSFORMADOR REAL EN CARGA.
3.8. ESQUEMA EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR:
RESISTENCIA Y REACTANCIA DE CORTOCIRCUITO.
A.- Reducción de los valores de un transformador del
secundario al primario.
R1
U1
I1
Xd1
Xd2 R2
I2
U2N1
E1 E2
N2
I0 I´2
Φ
S
Zc
Io
E2
E1
PFe(=U1·I0·cos ϕ0)

Transformadores
9
3.8.ESQUEMA EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR: RESISTENCIA Y REACTANCIA DE
CORTOCIRCUITO (II).
B.- Esquema equivalente.
R1
U1
I1
Xd1 X´d2 R´2
I´2
U´2
B
A
b
a
N1
E1 E´2 = E1
N´2
| |
N1
R1
U1
I1
Xd1
Xd2 R2
I2
U2
N1
E1
E2
N2
R1
U1
I1
Xd1 X´d2 R´2
I´2
U´2
B
A
b
a
E1 = E´2
(a)
R1
U1
I1
Xd1 X´d2 R´2
I´2
U´2
E1 = E´2
I1 – I´2 = I0
(b)

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10
CORTOCIRCUITO (II).
R1
U1
I1
Xd1 X´d2 R´2
I´2
U´2
E1 = E´2
I0
Iµ
Xµ
RFe IFe
R1
U1
I1
Xd1 X´d2 R´2
I´2
U´2
E1 = E´2 I1 – I´2 = I0
(c)

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CORTOCIRCUITO (III).
C.- Esquema equivalente simplificado. Resistencia y
reactancia de cortocircuito de un transformador.
3.9. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO.
R1
U1 I1
Xd1 X´d2 R´2
I´2
U´2
Rcc
Ucc
F I1n ≈ I’2n
εXcc
Ucc = I1n Zcc
φcc
UXcc = jXcc I1n
I1n ≈ I’2n
URcc = Rcc I1n
εRcc
εcc

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3.9. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO (II).
RECOMENDACIÓN DE UNESA
hasta 630 kVA y hasta 24 kV 4%
desde 630 kVA y 36 kV 4’5%
de 800 hasta 2.500 kVA y hasta 36 kV 6%
a) Corrientes de Cortocircuito.
¿Qué distingue el ensayo y el accidente de cc?
Tensión aplicada Corriente correspondiente

Transformadores
13
3.9. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO (III).
b) Caídas de tensión en el trafo.
100·
sen..cos..
1
11
1 V
IXIR
V
V cccc ϕϕ
ε
+
=
∆
=
ϕϕε ·sen·cos XccRcc uu +=
∆V=V1-V’2=AB+BC
RccU XccU
UXcc=Xcc·I1
U1
I1
Z’c∟φ
URcc=Rcc·I1
XccRcc
U’2

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3.9. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO (IV).
¿Afecta la carga conectada al trafo en su valor de ε?
Fuente: “Electrotecnia”, Paraninfo.
SnT (kVA) Placa de característica
16 Tensión a plena carga y cos ϕ=1
>16 ucc(%)

Transformadores
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3.10. PÉRDIDAS Y RENDIMIENTOS DE UN TRANSFORMADOR.
¿Qué pérdidas consideraremos?
CuFe2
2
1
2
entrada
salida
PPP
P
P
P
P
P
++
===η
 Recordar
cc
2
o2N22
2N22
cc
2
o2
2
c
P·cP·cosI·c·U
·cosI·c·U
P·cPP
P
++ϕ
ϕ
=
++
=η
Conclusiones
η=f( c ) c = Índice de carga
a) PFe≈K (PFe =Po )
b) PCu =f (I2
)  ccnccCu PccIRP ... 222'
2 ==
Obtendremos ηc
a) c = cte
b) cos ϕ2 = cte
¿ηcmax?
Cu
o
P
P
c =

Transformadores
16
3.11. TRANSFORMADORES EN PARALELO.
Condiciones básicas
-Igualdad de tensiones nominales.
-Idéntica relación de transformación.
-Igualdad de tensiones de cortocircuito.
2,21,1 ·· cccc ZIZI =
100·
·
·100·
·
·
1
22,
2
2
1
11,
1
1
n
ncc
nn
ncc
n U
IZ
I
I
U
IZ
I
I
=
2,21,1 ·· cccc cc εε =
2,
1,
2
1
cc
cc
c
c
ε
ε
=
Zcc,1
U1
I1
Zcc,2
I2
Zcarga

Transformadores
17
3.12. AUTOTRANSFORMADOR.
Ventajas
Inconvenientes
Símbolos según la CEI:
a
a´
(a)
N2
N2
NP = N1-N2
A
A”
A’
U2
N1
U1
a´
(b)
N2
NP
A
a
A’
U2
N1
U1
a) sección ↓
b) Se elimina un
devanado
c) Io ↓
b.1) Circuito magnético ↓
b.2) Flujo de dispersión ↓
a) ¿_____?
b) No hay aislamiento eléctrico –U2≥0’75·U1-
c) Dificultad para trabajar en paralelo

Transformadores
18
3.13. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO: INTRODUCCIÓN.
Dos tipos constructivos
3.14. BANCO TRIFÁSICO A BASE DE TRANSFORMADORES
MONOFÁSICOS.
3.15. TRANSFORMADOR DE 3 COLUMNAS (UN SOLO NÚCLEO).
Fuente: “Transformadores de Potencia, de medida
y de protección”, Marcombo
Trafo monofásicos
Un solo núcleo
Conexiones
Estrella
Triángulo
Relaciones de
transformación

Transformadores
19
3.15.TRANSFORMADOR DE 3 COLUMNAS (UN SOLO NÚCLEO) (II).
-Constitución del núcleo trifásico.
Fuente: “Máquinas Eléctricas”, Fraile, J.
Trafo de 3 columnas Banco de trafo
monofásico
Ventajas e inconvenientes

Transformadores
20
3.16. FUNCIONAMIENTO EN RÉGIMEN EQUILIBRADO. ENSAYOS Y
ESQUEMA EQUIVALENTE.
Se puede tener en cuenta la conexión del transformador o no
Ensayo de vacío.
Se trabaja con tensiones simples

Transformadores
21
Ensayo de cortocircuito.
Esquema equivalente.

Transformadores
22
3.17. CONEXIONES EN LOS TRANSFORMADORES. TRIFÁSICOS.
-Desfases
-Designaciones de polos y bornes
-Índice de desfase (índice horario).
-Símbolos de conexiones (CEI 76 transformadores de
potencia).
-Aplicaciones de cada tipo de conexión.
Placa de bornas de
un trafo trifásico
(UNESA 5201 B 3.5)

Transformadores
23
3.17. CONEXIONES EN LOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS (II).
-Diferentes tipos de conexiones.

Transformadores
24
3.18. CATÁLOGO DE TRANSFORMADORES.
Fuente: Schneider Electric, SA

Transformadores
25
Bibliografía
F.A. Ruz, F.J. Cánovas y J.M. Molina,, FUNDAMENTOS DE
ELECTROTECNIA PARA INGENIEROS: MÁQUINAS
ELÉCTRICAS, Marcombo SA
Capítulo 15 y 16. Transformador monofásico y trifásico
Jesús Fraile Mora, MÁQUINAS ELÉCTRICAS (6ª edición), ISBN:
978-84-481-6112-5
Capítulo 3. Transformadores. Página 181.
Con el fin, de que los aspectos teóricos de tema queden más claro,
querría destacar los siguientes apartados de este capítulo, el:
-3.3. Principio de funcionamiento de un trafo ideal (pág. 193).
-3.4 y 3.5, sigue profundizando en su funcionamiento y circuito
equivalente.
-3.6. Ensayos (pág. 207). Entra en detalle en la teoría que nos
define los ensayos de vacío y cortocircuito.
-3.7. Caída de tensión en un trafo (pág. 218), y por último,
-3.8. Pérdidas y rendimiento de un transformador (pág. 224).
Cabe destacar alguno de los ejemplos de aplicación que se anexa a
cada uno de los apartados teóricos, para aclarar estos contenidos.
En el apartado 3.13, se definen que son los autotransformadores.
Al final de dicho capítulo, hay una serie de enunciado de
problemas, con solución que puede ayudar a seguir el tema.
Recuerdo que nosotros tratamos en este tema los transformadores
monofásicos.
José García Trasancos, ELECTROTECNIA (6ª edición), ISBN: 84-
283-2284-8
Capítulo 6. Transformadores. Página 141.
Para darte una visión muy rápida del tema de transformadores, leería
hasta la página 154, están resueltos algunos de los problemas del listado.
Enrique Ras, TRANSFORMADORES DE POTENCIA, DE MEDIDA
Y DE PROTECCIÓN, ISBN: 84-267-0690-8.
Este libro es ideal para profundizar en los transformadores, pero tal
vez, se llegue a un nivel en muchos aspectos que no es requerido a lo largo
de este curso.
Enríquez Harper, Curso de TRANSFORMADORES Y MOTORES
DE INDUCCIÓN, Limusa Noriega Editores

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