Diseño de un transformador

DISEÑO DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO
DATOS DEL TRANSFORMADOR:

* POTENCIA NOMINAL: 15 KVA.
* TENSION NOMINAL PRIMARIO: 13800 VOLTS.
* TENSION NOMINAL SECUNDARIO: 480 VOLTS.
* CONEXIÓN DEVANADO PRIMARIO: ESTRELLA.
* CONEXIÓN DEVANADO SECUNDARIO: ESTRELLA.
* PERDIDAS EN VACIO: 150 VOLTS.
* PERDIDAS EN LOS DEVANADOS: 600 WATTS.
* REGULACION: 5%.
* FRECUENCIA:60 HZ.
* IMPEDANCIA: 7%.
* TRANSFORMADOR TIPO: COLUMNA.
* TRANSFORMADOR EN ACEITE, CON ENFRIAMIENTO NATURAL.

1. DETERMINACION DE LOS VALORES DE TENSIONES Y CORRIENTES:
a) Tensión Devanado Primario (Conexión Estrella):

Vpfase=Tension Nominal3

Vpfase=13.800 √3=7967,43 Volts

b) Corriente del Devanado Primario (Conexión Estrella):

Ipfase=PotenciaNominalTension Nominal*3

Ipfase=1500013.8000*√3=0,627 Amp

c) Tensión del Devanado Secundario (Conexión Estrella):

Vsfase=Tension Nominal3
Vsfase=480 √3=277,13 Volts
d) Corriente del Devanado Secundario (Conexión Estrella):

Isfase=Potencia NominalTension Nominal*3

Isfase=15000480*√3=18,042 Amp

2. FLUJO POR COLUMNA YSECCION DE LA COLUMNA
Determinación del Flujo para una Frecuencia de 60 Hz
∅M=10-2*C*Pn
VALORES DE LA CONSTANTE C PARA EL CALCULO DEL FLUJO

ΦM
TIPO DE TRANSFORMADOR | CONSTANTE C |
TIPO COLUMNAS | 0,13-0,20 |
MONOFASICO |   |   |
ACORAZADO | 0,26-0,39 |
TIPO COLUMNAS | 0,16-0,23 |
TRIFASICO |   |
ACORAZADO | 0,39-0,52 |
TABLA 4.2
De la tabla anterior seselecciona C= 0,19. El cual se encuentra en el rango especificado de las características del transformador
∅M=10-2*0,19*15=0,00735Weber
Para la sección de la columna, se selecciona en la siguiente tabla la densidad de flujo dependiendo de la Potencia del Transformador:
DENSIDAD DE FLUJO MEDIO EN FUNCION DE LA
POTENCIA EN TRANSFORMADORES
POTENCIA DEL TRANSFORMADOR | DENSIDAD DE FLUJO BM |EN KVA | (WEBER/M2) |
5 - 10 | 1.10 - 1.20 |
10 - 20 | 1.15 - 1.25 |
20 - 50 | 1.20 - 1.30 |
50 - 200 | 1.25 - 1.35 |
200 - 500 | 1.30 - 1.40 |
MAS DE 500 | 1.35 - 1.50 |
TABLA 4.1
Bm=1,20 Weber/m2
Sn=∅mBm
Sn=0,007351,20=0,006125m2
Para determinar la Sección Geométrica de laColumna, se seleccionan 2 pasos o escalones y se usa lámina de acero al silicio de 0,35mm de espesor aislada con barniz, considerando un factor de empaquetamiento de 0,90
SG=SnFe
SG=0,0061250,90=0,0068m2
Para determinar el Área, se tiene para una sección de dos escalones, una relación entre secciones de 0,850
Sc=SG0,850
Sc=0,00680,850 =0,008m2
Determinamos el diámetrocorrespondiente:
Sc=π*d24
Despejando:
d=Sc*4π

d=0,008*43,142=0,1009m=10,09cm

Las dimensiones de los escalones se calculan mediante la siguiente figura:
Sc=0,008m2=80cm2
d=10,09cm
a=0,907*d=0,907*0,1009m=0,092m=9,2cm
a1=0,707*d=0,707*0,1009m=0,071m=7,1cm
a2=0,423*d=0,423*0,1009m=0,042m=4,2cm

3. SECCION DE LOS YUGOS
Se considera una amplificación de 20%, ya que estadebe ser mayor al de la columna y un factor de empaquetamiento de 0,90
1+20%=1,2
SY=1,2*SG
SY=1,2*0,0068=0,00816=81,6cm2
Tal sección será rectangular y su ancho similar a aquel de las columnas es decir:
SYa=81,69,2=8,86cm
4. ALTURA DE LA COLUMNA Y ANCHO DE LA VENTANA
De la siguiente figura, se selecciona la relación comprendida en el rango de para altos voltajes de:
ha=3,5
Porlo tanto la altura de la columna es:
h=3,5*a
h=3,5*9,2cm = 32,2cm
Para el ancho de la ventana se selecciona la relación comprendida en el rango de:
ba=1,5
Por lo tanto el ancho de la ventana es:
b=1,5*9,2cm = 13,8cm

5. NUMERO DE ESPIRAS
* Devanado Primario:
E=4,44*∅m*Np*F
Despejando Np:
Np=E4,44*∅m*F
Donde:
E = 7967,43 Volts
∅m = 0,00735
F = 60Hz
Sustituyendo:...