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miércoles, 22 de septiembre de 2010

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Tipos de transformadores.

Se denomina con este nombre al aparato eléctrico cuya función es convertir la corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad, o viceversa.

Según sus aplicaciones estos se clasifican en:
  • Transformador de aislamiento: 
     Suministra aislamiento galvánico entre el alambre primario y el secundario, por lo cual proporciona una alimentación o señal "flotante". Su relación es 1:1.

  • Transformador de alimentación. 
    Estos poseen uno o varios alambres secundarios y suministran las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles no reemplazables, que apagan su circuito primario en caso de una temperatura excesiva, evitando que éste se queme.
  • Transformador trifásico.  
    Poseen un trío de bobinados en su primario y un segundo trío en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) o triángulo (?), sus mezclas pueden ser: ?-?, ?-Y, Y-? y Y-Y. A pesar de tener una relación 1:1, al pasar de ? a Y o viceversa, las tensiones se modifican.
  • Transformador de pulsos: 
    Esta destinado a funcionar en régimen de pulsos debido a su rápida respuesta.
  • Transformador de línea o flyback: 
     Estos son transformadores de pulsos. Con aplicaciones especiales como televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Entre otras propiedades, frecuentemente proporciona otras tensiones para el tubo.
  • Transformador con diodo dividido: 
    Su nombre se debe a que está constituido por varios diodos menores en tamaño, repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

  • Transformador de impedancia: 
    Usado como adaptador de antenas y líneas de transmisión, era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.

  • Transformador Electrónico:
    Se caracteriza por ser muy utilizados en la actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. Utiliza un Corrector de factor de potencia de utilización imprescindible en los circuitos de fuente de alimentaciones conmutadas en lugar de circuitos.
Según su construcción existen diversos tipos como son:
  • Transformador de grano orientado, Auto transformador.
    El primario y el secundario constituyen un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones equivalentes.

  • Transformador toroidal. 
    Son más voluminosos, pero el flujo magnético se confina en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. 
  • Transformador de grano orientado. 
    El núcleo se conforma por una placa de hierro de grano orientado, que se envuelve en si misma, siempre con la misma dirección, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Las perdidas son escasas pero es de alto costo. Estos tipos son los más utilizados, pero existen otros diversos modelos según el tipo de aplicación a la cual son destinados. www.arqhys.com

los transformadores

LOS TRANSFORMADORES.

Los transformadores eléctricos han sido uno de los inventos más relevantes de la tecnología eléctrica. Sin la existencia de los transformadores, sería imposible la distribución de la energía eléctrica tal y como la conocemos hoy en día. La explicación es muy simple, por una cuestión de seguridad no se puede suministrar a nuestros hogares la cantidad de Kw que salen de una central eléctrica, es imprescindible el concurso de unos transformadores para realizar el suministro doméstico.
Sabiendo la importancia del transformador para la vida moderna, pasemos a definir qué es exáctamente el transformador.


El transformador básico 

es un dispositivo eléctrico construido con dos bobinas acopladas magnéticamente entre sí, de tal forma que al paso de una corriente eléctrica por la primera bobina (llamada primaria) provoca una inducción magnética que implica necesariamente a la segunda bobina (llamada secundaria) y provocando con este principio físico lo que se viene a llamar una transferencia de potencia.
También se puede definir de la siguiente manera, aunque esta nueva definición hace hincapié en su funcionalidad:

El transformador es un dispositivo eléctrico que utilizando las propiedades físicas de la inducción electromagnética es capaz de elevar y disminuir la tensión eléctrica, transformar la frecuencia (Hz), equilibrar o desequilibrar circuitos eléctricos según la necesidad y el caso específico. Transportar la energía eléctrica desde las centrales generadoras de la electricidad hasta las residencias domésticas, los comercios y las industrias. Dicho dispositivo eléctrico también es capaz de aislar circuitos de corriente alterna de circuitos de corriente continua.

Inducción en una bobina.

Para poder entender como funciona un transformador, un motor eléctrico u otro dispositivo o máquina eléctrica basada en bobinas, se hace necesario explicar como se produce el fenómeno de inducción eléctrica y, sobretodo, comprender como sucede la transferencia de potencia o energía.

transformador electrico

En el dibujo podemos observar una bobina de N vueltas con un núcleo de aire, alimentada con una fuente de alimentación Eg de corriente alterna. La bobina tiene una reactancia y, como tal, absorbe una intensidad Im. Si la resistencia de la bobina es mínima, tenemos que la siguiente ecuación: Im=Eg/Xm , donde Xm representa la reactancia de la bobina.

La intensidad
Im se encuentra desfasada 90° respecto a la tensión Eg, mientras que el flujo Φ, se encuentra en sintonía con la intensidad. Esto es algo que ocurre en todos los circuitos inductivos.

La intensidad
Im al paso por la bobina, crea una fuerza magnetomotriz o líneas de fuerzas electromotices que, a su vez, generan un flujo Φ. Al ser la alimentación de tensión alterna, se genera flujos de pico, es decir, flujos máximos :Φmax y flujos mínimos Φmin. Pero aquí solamente nos interesan los Φmax.

El flujo, a su vez genera una tensión eficaz
E. Tanto la tensión eficaz E y la tensión aplicada Eg, tienen que ser iguales, porque como se puede observar en el dibujo, las dos tensiones se encuentran en las mismas líneas de alimentación.

Así tenemos que la ecuación que define las dos tensiones sería:
E=Eg=4,44*f*N*Φmax

Donde
f representa la frecuencia; N el número de vueltas de la bobina; y el 4,44 es una constante cuyo valor exacto (para los sibaritas) es= 2*Π/√2.

La ecuación nos explica, que con una tensión
Eg constante, el flujo Φ será constante.

transformador electrico

Sin embargo, si introducimos un núcleo de hierro en el interior de la bobina, las condiciones cambian, algo que resulta muy relevante para la funcionalidad de los transformadores y sus diversos tipos.

En esta nueva situación, si la tensión
Eg se mantiene constante, el flujo Φmax se matendrá constante y, por tanto, Eg=E. Hasta aquí no hay una diferencia entre núcleo de aire y el núcleo de hierro. Pero lo que si que cambia, significativamente, es la Im. Con un núcleo de hierro, la Im disminuye o es más baja. Y esto sucede, porque se necesita una fuerza magnetomotriz mucho menor para producir el mismo flujo Φmax.

El funcionamiento del transformador básico.

Hasta ahora hemos analizado como se comporta una sola bobina a la que se le induce una corriente eléctrica. Ahora vamos a realizar otro análisis para conocer qué sucede cuando se acoplan dos bobinas magnéticamente, es decir, cómo funciona un transformador.

transformador electrico

Como podemos observar en el dibujo, tenemos una fuente de alimentación de tensión o corriente alterna Eg, dos bobinas (una llamada primaria y la otra llamada secundaria, con N vueltas o espiras, una tensión inducida en la bobina secundaria que denominamos E2, un flujo total ΦT que es la suma de dos flujos: el flujo mutuo Φm1 que corresponde al flujo que acopla magnéticamente a las dos bobinas más el flujo Φf1 que incide únicamente en la bobina primaria. La tensión E1 continua siendo igual a la tensión Eg. Y, también, hemos de indicar que se trata de un transformador en vacio porque no tiene una carga, además de que las dos bobinas están con un núcleo de aire. Es lo que se viene a denominar un transformador básico o elemental.

Las tensiones existentes en el circuito son dos. Entre los puntos 1 y 2 y, entre los puntos 3 y 4. Esto quiere decir, que entre cualquier otra combinación de puntos no existe tensión. Así que podemos decir, que las bobinas se encuentran aisladas en términos eléctricos.

El flujo Φm1 enlaza con su campo magnético las dos bobinas generando de esta forma una tensión E2. El flujo Φf1 solamente incide sobre las espiras de la bobina primaria y la podemos denominar como flujo de dispersión. El flujo ΦT es el flujo total, es decir la suma de los otros dos flujos. En el caso que las bobinas esten muy separadas, el flujo Φm1 es muy reducido y estaremos hablando de un acoplamiento de bobinas débil. Sin embargo, si juntamos las dos bobinas, el flujo Φm1 aumenta respecto al flujo ΦT y abremos conseguido un acoplamiento entre bobinas óptimo. Esta es la razón, por el cual, en la mayoría de los transformadores industriales se realizan los devanados de las bobinas uno encima del otro, para conseguir mejorar el acoplamiento.

Falta indicar, que con un acoplamiento débil, no solamente disminuye el flujo Φm1, también se reduce la tensión E2. Sin embargo, al acercar las dos bobinas, se aumenta el flujo Φm1 y, por tanto, se aumenta la tensión E2. Así, que la relación entre el flujo Φm1 y la tensión E2 es proporcional.

El coeficiente de acoplamiento. El acoplamiento entre las bobinas primaria y secundaria es una medida física y, por lo tanto, se puede calcular. El calculo se realiza con la siguiente ecuación:

K=Φm1/ΦT ;en donde K es el coeficiente y no tiene unidades

martes, 21 de septiembre de 2010

transsformadores

Transformadores monofásicos.

Los transformadores de instrumentación.

Los transformadores para instrumentación están diseñados para poder medir tensiones e intensidades elevadas por aparatos de medida como voltímetros y amperímetros.
Además, garantizan la seguridad del técnico que tiene que realizar las mediciones al tener las bobinas aisladas.
Existen dos tipos de transformadores de instrumentación.

1. Transformador de corriente:

Son los transformadores diseñados para poder medir altos niveles de intensidad. La construcción física del transformador de corriente o intensidad, se basa en una bobina primaria de pocas vueltas con un alambre muy grueso, en cambio, la bobina secundaria tiene muchas espiras (vueltas) con un alambre bastante fino. El funcionamiento técnico del transformador de corriente consiste en elevar la tensión para poder disminuir la intensidad. El amperímetro que se utiliza para tomar la medida de amperios, se coloca a la salida del transformador, es decir, en la bobina secundaria. Normalmente cuando se coloca un amperímetro se hace en serie para poder tomar la medida, esto es así porque de otra manera fundiriamos el fusible que acostumbran a utilizar como medida de seguridad estos aparatos. Pero para poder medir la intensidad de un transformador de corriente, el amperímetro se coloca en paralelo, no hay ningún problema porque no existe ninguna carga, o dicho de otro modo, el amperímetro es la carga que colocamos al transformador.
Este tipo de transformador, también se utiliza para poder monitorizar la línea de alta tensión desde una sala de control eléctrica.

2. Transformador de potencial:

Con el transformador de potencial lo que pretendemos medir es la tensión o la potencia de línea con un voltímetro. La constitución física del transformador de potencia consiste en dos bobinas. La bobina primaria tiene muchas espiras o vueltas y, en cambio, la bobina secundaria tiene pocas espiras o vueltas.
El voltímetro se coloca en paralelo con la bobina secundaria. Para proteger al técnico se conecta una de las salidas de la bobina secundaria a la masa. Normalmente, este tipo de transformador tiene una tensión en el secundario de 115 V, aunque depende de las especificaciones técnicas del fabricante. A diferencia del transformador de corriente, en la bobina primaria del transformador de potencial se conectan dos fases o líneas de tensión. Asimismo, este tipo de transformador también es utilizado para monitorizar las tensiones en las salas de control eléctricas.

Los transformadores de corriente constante.

Como su nombre indica, este tipo de transformador esta diseñado con la intención de mantener una intensidad constante. Para ello las dos bobinas, primaria y secundaria, son colocadas en la misma sección del núcleo, de esta forma se disminuye considerablemente el flujo de dispersión. Asimismo, la permeabilidad del núcleo es muy baja porque el núcleo esta muy saturado gracias al flujo de dispersión.
El funcionamiento técnico de un transformador de corriente constante es debido a que las dos bobinas funcionan como dos electroimanes. Al ser electroimanes, existe un rechazo entre las dos bobinas por la polaridad que tienen cada una. Aquí tendriamos que recordar, que dos polos iguales de dos imanes se rechazan mutuamente, mientras que dos polos desiguales se atraen. Lo que ocurre físicamente es que la bobina secundaria se desplaza hacia arriba o hacia abajo según varía la carga y, por tanto, el grado de rechazo por parte de la bobina primaria. De esta manera, siempre se tiene una corriente constante, porque la bobina secundaria es móvil.
Cuando la carga aumenta lo que sucede en la bobina primaria es que disminuye la fuerza magnetomotriz, por lo tanto, disminuye el poder de rechazo de la bobina primaria. De igual manera si disminuye las fuerza magnetomotriz de la bobina primaria también lo hace la fuerza magnetomotriz de la bobina secundaria (también disminuye el poder de rechazo de esta bobina), lo cual hace que las dos bobinas se acerquen. Cuanto más se aumenta la carga más cerca se encuentra la bobina secundaria de la bobina primaria.
En este tipo de transformador el voltaje varía con la carga, pero la intensidad se mantiene siempre constante.

El transformador toroidal.

El transformador toroidal consiste en un transformador de corriente, como los ya explicados más arriba en esta misma página. La diferencia se encuentra en el núcleo y en la bobina primaria que utilizan.
El núcleo toroidal esta laminado, la bobina secundaria se encuentra enrollada en el núcleo toroidal, mientras que la bobina primaria consiste en un conductor que atraviesa el núcleo por el centro vacio.
Resultan bastante económicos y se suelen utilizar para medir intensidades superiores a los 100A. Al igual que los transformadores de intensidad, son usados para monitorizar las intensidades de línea en una sala de control eléctrico.

El transformador de frecuencia.

El transformador de frecuencia se utiliza para aparatos electrónicos complejos porque se reduce el gasto económico de capacitancias, inductancias, resistencias,etc. Los núcleos de estos transformadores son de una aleación especial de acero y níquel para disminuir las pérdidas por histéresis debido al calentamiento que sufre el transformador, a mayor frecuencia más incremento de corrientes parásitas y pérdidas por histéresis. Con el núcleo de acero y níquel se consigue disminuir la densidad de flujo.

El transformador de impedancia.

El transformador de impedancia es utilizado en juguetes eléctricos, lámparas fluorescentes, soldadores de arco, hornos de arco, quemadores de petróleo, lámparas de neón, reguladores de potencia.
Al tener una impedancia elevada, si el transformador entra en cortocircuito no se sobrecalienta.

El transformador de calentamiento.

El transformador de calentamiento por inducción es un tipo de transformador diseñado especialmente para producir aceros y aleaciones en los llamados hornos de inducción.

domingo, 19 de septiembre de 2010

transformadores de medida de voltaje

  1.Conexión Estrella-Delta
2.Conexión Delta – Delta
3.Conexión Delta – Abierta
4.El transformador
5.Ventaja de la Potencia Aparente
6.Transformadores de Medida (De Instrumentos)
7.Análisis con carga balanceada
8 Circuitos trifásicos con Carga Desbalanceada  

  
Se utiliza en los sistemas de transmisión de alto voltaje, el lado de voltaje se conecta en estrella y el lado de bajo voltaje en delta.


-          Carga resistiva balanceada para la configuración en Estrella es

-          Carga resistiva balanceada para la configuración en Estrella es

Diagrama fasorial Estrella                Diagram fasorial Delta

Se produce un desfazamiento de 30º entre los voltajes de línea primario – secundario.

Conexión Delta – Estrella

Se utiliza en sistema de distribución, el primario de 13 800 voltios se conecta en delta y el secundario en estrella con el punto neutro conectado a tierra (208/120 V)


Carga resistiva balanceada para delta
 

Carga resistivia para estrella

Diagrama fasorial

Primario en Delta                                                   Secundario en Estrella


Se produce un desfazamiento de 30º entre los voltajes de línea Primario – Secundario

Conexión Delta – Delta Se usa generalmente en sistemas con voltajes moderados, debido a que los embobinados operan con voltaje línea – línea.


Carga resistiva balanceada es

Diagrama fasorial

            Primario                                                                      Secundario




No hay desfazamiento entre las corrientes de línea

Conexión Delta – Abierta Con esta conexión se transforma portencia trifásica utilizando únicamente dos transformadores: se emplea al dañarse un transformador de un grupo delta – delta o cuando se desea satisfacer la demanda agregando un tercer transformador


Diagrama fasorial

Primario                                                           Secundario


In = la corriente nominal de cada transformador en un sistema con transformadores conectados en delta abierta


La potencia máxima de dos tranformadores


(86% de la potencia nominal)

El transformador En ocasiones es aconsejable cambiar los niveles de voltaje en una pequeña magnitud de 110 V a 120 V de 13,3 kV a 13,8 kV para compensar caidas de voltaje se utiliza el transformador.
Denominación (a) arrollamiento común, (b) arrollamiento a serie


Autotransformador elevador                               Autotransformador reductor




Relación entre VH  y VL


Relación entre IH  y IL.

Ventaja de la Potencia Aparente Potencia aparente de entrada:

Potencia aparente de salida:


La potencia aparente de los devanados del tranformador son:


El incremento en la potencia aparente nominal de un autotransformador la de un transformador convencional, si Ns es muy pequeño, mayor es el incremento de potencia.

Transformadores de Medida (De Instrumentos) Son transformadores utilizados en los sistemas de potencia para mediciones

El transformador de potencial

Es un transformador devanado especialmente con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensión. Su potencia nominal es muy pequeña, y su único propósito es entregar una muestra del voltaje del sistema a los instrumentos de medición. Como su finalidad principal es el muestreo de la tensión debe ser muy preciso para que no distorsione los valores verdaderos.

Diagrama de conexiones

El transformador de corriente

Este transformador toma la muestra de corriente de una línea y la reducen a un nivel de magnitud seguro y medible.
Diagrama de conexiones


Prueba experimental del transformador (polaridad)

Permite determinar las polaridades relativas de los terminales de un transformador. Procedimiento
  1. Se asumen arbitrariamente las polaridades del devanado de alta tensión H1, H2
  2. Se conecta la terminal de alta tensión con el adyacente de baja tensión y se aplica un voltaje bajo (120 V, 240 V y 480 V) al devanado de alta tensión.
  3.  

Los terminales adyacentes                                          Los terminales adyacentes
son de igual polaridad                                                     son de diferente polaridad


Sistema trifásico con carga conectada en estrella

Condición de una carga balanceada


Los voltajes de fase

Las corrientes de línea


La corriente del neutro


En una carga trifásica balanceada la corriente total del neutro es cero.
Los voltaje de línea; son mayores en raíz de tres que los voltajes de fase y están adelantados 30º


Diagrama fasorial

Conexión en estrella - La potencia con carga balanceada



Es la diferencia de fase entre I a la potencia total disipada por fase

La potencia total disipada

Para la carga en estrella


La potencia total:

Sistema trifásico con carga balanceada conectada en Delta



Condición de carga balanceada:

Los voltajes de línea

Las corriente de fase


Cálculo de las corrientes de línea


Diagrama fasorial



Conexión en Delta – Potencia con carga balanceada



Es la diferencia de fase If y Vf  con Vf  = VL

La potencia por fase

La potencia total
 con 



Circuitos trifásicos con Carga Desbalanceada Condición: Generador Balanceado

Carga desbalanceada conectada en Delta



Condición:

Los voltajes de línea

Las corrientes de fase

y


Carga desbalanceada conectada en estrella con el neutro de la carga conectado al neutro del generador



La conexión del neutro de la carga con el neutro del generador, mantiene equilibrados los voltajes.

Línea neutro de la carga.
Las Impedancias


Los voltajes de fase

Las corrientes de línea
;
y

Carga desbalanceada conectada en estrella con el neutro de la carga aislado del neutro del generador


Conversión a Delta



Los voltajes de línea

Se calculan las corrientes de Fase

Cálculo del desplazamiento del neutro


Se pueden plantear las siguientes ecuaciones fasoriales

Se dividen las ecuaciones entre las impedancias de cada fase

Se suman las tres ecuaciones


El desplazamiento del neutro (ver nuevo análisis al final)


Potencia de una carga desbalanceada conectada en delta



Diferencias de fase

La Potencia por fase

Potencia compleja total

Potencia activa:

Potencia Reactiva:

Potencia de una carga desbalanceada conectada en Estrella con NEUTRO ACTIVO


      

Diferencias de fase
con

La potencia por fase

Potencia activa

Potencia Reactiva

Potencia de una carga desbalanceada conectada en Estrella con NEUTRO DESACTIVO




Potencia de fase

Potencia activa

Potencia reactiva