Maquinas Electricas

ING. TEC. EXP.M. Y OO.PP.

TECNOLOGÍA ELECTRICA

TEMA 5. – El transformador. Generalidades
CONTENIDO: 5.1. Finalidad de los transformadores 5.2. Fundamento de los transformadores de potencia 5.3. Tipos de transformadores, designaciones y simbolismos. 5.4. Constitución de un transformador monofásico. 5.5. Potencia nominal de un transformador. 5.6. El transformador monofásico, ensayos yrendimiento. 5.7. Transformadores en sistemas trifásicos, designación 5.8. Autotransformadores EJERCICIOS DE APLICACIÓN

5.1. FINALIDAD DE LOS TRANSFORMADORES
El transformador es una máquina eléctrica estática, que transforma energía eléctrica, con una tensión e intensidad determinada, en energía eléctrica con tensión e intensidad distintas o iguales. Un transformador está constituido por doscircuitos eléctricos acoplados mediante un circuito magnético. El funcionamiento del transformador se basa en la Ley de inducción de Faraday, de manera que un circuito eléctrico influye sobre el otro a través del flujo generado en el circuito magnético. Los circuitos eléctricos están formados por bobinas de hilo conductor, normalmente cobre. Estas bobinas reciben el nombre de devanados y, comúnmente seles denomina devanado primario y secundario del transformador. Las condiciones de funcionamiento para las cuales se diseña un transformadores constituyen sus valores nominales. En transformadores de potencia y distribución, las características nominales o de placa son, la frecuencia, las tensiones eficaces de primario y secundario y la potencia aparente. Los valores nominales de un transformadorestán limitados por el calentamiento máximo admisible de los aislantes, debido a las pérdidas.

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Un parámetro fundamental en los transformadores es su relación de transformación. Aunque más adelante se precisará más, por el momento definimos la relación de transformación m como cociente de número de espiras deprimario y secundario (o cociente de tensiones inducidas). m = N1/N2 = E 1/E2 Un transformador transforma tensiones, corrientes e impedancias, de acuerdo con las siguientes leyes:
V1 ≈ mV2 I2 I1 ≈ m

Z1 ≈ m2 Z 2

5.2. FUNDAMENTO DE LOS TRAFOS DE POTENCIA
Si el devanado primario del transformador se somete a una tensión eléctrica (V1), circulará por él una corriente (I1). La corriente primaria (I1)dará lugar, al pasar por el devanado primario a un flujo magnético (φ). Dicho flujo magnético (φ) al atravesar el interior de las espiras del devanado secundario, dará lugar a una corriente en el devanado secundario (I2) y, a una tensión (V2) en sus extremos.

I1

V1 φ

φ

Haciendo el estudio para un transformador ideal, en el I2 que se supongan que tanto las pérdidas en el circuito V2magnético, como las pérdidas en los devanados sean nulas. Tendremos que si el flujo magnético está dado por:

φ = φ max senωt y, en cada devanado hay N espiras, las tensiones inducidas en el primario y en el secundario serán:

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e1 = N1 e2 = N 2

dφ = N1φ max ω cos ωt dt dφ = N 2φ max ω cos ωt dt

con valoreseficaces: E1 = 4,44 N1φ max f E 2 = 4,44 N 2φ max f que da la relación denominada relación de transformación o relación de espiras:

E1 N 1 = E2 N 2
Si la resistencia óhmica de los devanados es nula y no hay flujo de dispersión, la tensión aplicada es igual a la tensión inducida, por lo que:

E1 N 1 V1 = = E2 N2 V2
Si en el secundario existe una carga Z, de acuerdo con la Ley de Ampere:

N 1i1− N 2 i 2 = ∫ Hdl = ℜφ (t )
c

que, suponiendo que la Reluctancia del circuito magnético es nula, queda:

N1i1=N2i2 , que en valores eficaces da lugar a la expresión:

I1 N 2 = I 2 N1
En el caso de que en el secundario tengamos una impedancia Z2, con un factor de potencia cosϕ, la potencia consumida será:

P2 = V2 I 2 cos ϕ
dado que las tensiones e intensidades de primario y...