Introducción
En el presente
informe daremos a conocer, a modo de marco teórico, como esta constituido un
transformador, sus partes internas, su funcionamiento, su utilización, sus
aplicaciones y algunas formas de calcular las diferentes magnitudes que nos da
(como por ejemplo la potencia y la corriente).
En la parte
práctica, comenzaremos identificando el lugar de trabajo, y los elementos que
se encuentran. Aprenderemos a reconocer los devanados del transformador
(primario y secundario) y los diferentes procesos que se aplicaron para su
funcionamiento.
Objetivos
Una vez
realizadas las actividades de la guía, UD. será capaz de:
· Identificar
las partes de que constituyen el panel universal, mediante mediciones
realizadas con el tester.
· Identificar
los devanados de primarios y secundarios de los transformadores, mediante
mediciones realizadas con el tester.
· Concluir,
elaborando informe experimental.
Instrumentos y
Componentes
· Panel
Universal
·
Transformadores Nº 1 y 2
· Tester
Secuencia de
Trabajo
· Disponga
del panel universal. Retire el fusible.
· Obtenga el
circuito equivalente del porta-tarjeta. Mida con el Ohmetro.
· Obtenga el
circuito equivalente del comando del panel. Mida con el Ohmetro.
· Disponga
los transformadores Nº 1 y 2.
· Identifique
visualmente los lados primarios y secundarios, para cada transformador.
· Tabule las
medidas anteriores.
· Alimente
cada transformador, por separado, desde el panel universal.
· Mida con el
voltímetro AC las tensiones secundarias en los distintos taps de los
transformadores.
· Tabule las
medidas anteriores.
Aspectos
Sobresalientes
· Obtenga
información relacionada con los transformadores.
· Construya
tablas de medidas.
· Concluya,
grupalmente.
Marco Teórico
El
Transformador
Hace algo más de
un siglo que se inventó este dispositivo que ha hecho posible la distribución
de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el
transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores
de electricidad de los consumidores.
Se denomina
transformador a un dispositivo electromagnético que permite aumentar o
disminuir el voltaje
y la intensidad
de una corriente alterna
de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia
que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas,
tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida).
Los
transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética
y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre
un núcleo cerrado de hierro
dulce. Este conjunto de vueltas se denominan: Bobina primaria o
"primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y Bobina
secundaria o Secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.
La
representación esquemática del transformador es la siguiente:
La Bobina
primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente
alterna.
- Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro
- Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro,
el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.
- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del
"Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje
Habría una corriente si hay una carga (el secundario está conectado a una
resistencia por ejemplo)
La razón de la
transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el
"Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si
el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario
habrá el triple de voltaje.
La relación
entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al
devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la
obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de
los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .
Un transformador
puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de
cada bobinado.
Cuando el
secundario tiene un mayor numero de vueltas que el primario, el voltaje en
aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta
el voltaje. Cuando el secundario tiene un numero menor de vueltas que el
primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la
relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede
aumentarse o reducirse en el devanado secundario.
Estos cálculos
solo son validos para transformadores con núcleo de hierro donde el
acoplamiento es unitario. Los transformadores con núcleo de aire para circuitos
de RF son, en general, sintonizados para resonancia. En este caso, se considera
el factor de resonancia en lugar de la relación de vueltas.
Si se supone que
el transformador es ideal (la potencia que se le entrega es igual a la que se
obtiene de él), o sea, se desprecian las pérdidas por calor y otras, entonces:
Potencia
de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps).
Pi = Ps
Si tenemos los
datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia
usando la siguiente fórmula.
Potencia
(P) = Voltaje (V) x corriente (I)
P = V x I (watts)
Así, para
conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip (corriente
en el primario), Np (espiras en el primario) y Ns (espiras en el secundario) se
utiliza siguiente fórmula:
Is
= Np x Ip / Ns
TIPOS DE TRANSFORMADORES
·
Transformadores
Secos Encapsulados en Resina Epoxi.
Descripción:
Se utilizan en
interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares
donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio
imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de
aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes
centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de
energía eléctrica.
Características
Generales:
Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento
clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los
arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la
instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA,
tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
·
El transformador
de núcleo distribuido.
Descripción:
Tiene un núcleo
central y cuatro ramas exteriores. Se denomina transformadores de distribución,
generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y
de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como
trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje
sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las
clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las
aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o
almacenes públicos, talleres y centros comerciales.
·
El transformador
de núcleo arrollado.
Descripción:
El núcleo
consiste en una tira de hierro arrollado en forma de espiral en torno a una
bobina preformada.
Los transformadores
se pueden refrigerar con circulación natural o forzada de aire, pero su tensión
nominal viene limitada por la baja rigidez dieléctrica del aire. El aire (o el
Askerol o Pyranol) sirve tanto para aislante como para refrigerante. Los
transformadores se pueden refrigerar mediante circulación natural o forzada en
aceite. Para aumentar la superficie disipadora del calor, se sueldan los tubos
de la cubierta o se empernan radiadores a ella. Para gobernar la tensión y la
fase, algunos transformadores están equipados de mecanismos de tomas variables.
Cuando se eleva la temperatura del transformador a causa de la carga, el aire o
gas que se halle dentro del transformador se dilata y es expulsado; cuando se
enfría el transformador, se contrae el aire o gas y penetra aire del exterior
que contiene oxigeno y humedad. A este efecto se le da el nombre de
respiración. La humedad y el oxigeno deterioran el sistema y ensucian el
aceite. Para evitar esto, se emplea nitrógeno y un respirador elimina el
oxigeno y la humedad del aire que penetra. Un pequeño tanque de expansión,
llamado conservador, montado sobre la cubierta del transformador, reduce mucho
la superficie del aceite expuesta al gas.
·
Los
transformadores Auto Protegidos.
Aplicaciones
El transformador
incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra
sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el
transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja
tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y
disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el
transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos
en el tanque.
Características
Potencia: 45 a
150KVA
Alta Tensión: 15
o 24,2KV
Baja Tensión:
380/220 o 220/127V
·
El transformador
de núcleo.
Descripción:
Los devanados
rodean al núcleo. Éste está constituido por láminas rectangulares o en forma de
L que se ensamblan y solapan alternativamente en capas adyacentes.
En los transformadores
trifásico de núcleo hay tres núcleos unidos por sus partes superior e
inferior mediante un yugo y sobre cada núcleo se devanan el primario y el
secundario de cada fase. Este dispositivo es posible porque, en todo momento,
la suma de los flujos es nula. Invirtiendo las conexiones de las bobinas
centrales en el transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos
entre las ventanas es igual al valor que se obtendría sin invertir las
conexiones, divididas por raíz de 3. El transformador trifásico mas compacto y
ligero que los tres transformadores monofásicos equivalentes, pero disminuye la
flexibilidad del sistema. En un auto transformador, parte del devanado es común
a primario y secundario. Tan solo se transforma una parte de la potencia, yendo
la restante de la carga por conducción. Cuando la razón de transformación es
próxima ala unidad o es pequeña, se ahorra mucho material y pérdidas adoptando
este sistema en vez del transformador clásico aparente.
·
Los
transformadores Rurales
Descripción:
Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación
suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV.
En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como
alternativa 3 monofásicos.
·
Los transformadores
Herméticos de Llenado Integral,
Descripción:
Se utilizan en intemperie o interior para
distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en
lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas,
industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y
toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.
Características
Generales:
Su principal característica es que al no llevar
tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta
construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias
normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33
y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Procedimiento de
Trabajo
·
Primero, retiramos
el fusible que se encontraba en el panel universal. En seguida comenzamos con
la identificación del panel universal y con sus conexiones, de manera de poder
entender en que puntos del panel, debíamos medir. Verificamos con el tester la
continuidad de las pistas. Del mismo modo, analizamos la parte del porta
tarjeta que se encuentra en el panel universal.
·
Luego se realizó
un diagrama del conexionado interno del panel universal, el que queda
esquematizado de la siguiente manera:
·
Identificamos
los lados primarios y secundarios de los transformadores y los dispusimos de
manera tal, que nos permitieran medir las resistencias de cada uno, y los
tabulamos en las siguientes tablas:
|
Valores de
resistencia en la bobina chica
|
|
Entre 0 y 10
|
6.5 !
|
|
Entre 0 y 50
|
16.8 !
|
|
Entre 0 y 250
|
78.8 !
|
|
Entre 0 y 400
|
132 !
|
|
Valores de
resistencia en la bobina grande
|
|
Entre 0 y 10
|
6.5 !
|
|
Entre 0 y 90
|
38 !
|
|
Entre 100 y 110
|
7.4 !
|
o
Luego de tabular
los valores, alimentamos cada transformador de manera separada y medimos con el
voltímetro, los diferentes valores de voltaje que nos daba en el secundario de
cada transformador, y tabulamos en las siguientes tablas:
|
Valores de
voltaje en la bobina chica, a la salida
|
|
Entre 0 y 10
|
11 (V)
|
|
Entre 0 y 50
|
56 (V)
|
|
Entre 0 y 250
|
275 (V)
|
|
Entre 0 y 400
|
441 (V)
|
|
Valores de
voltaje en la bobina grande, en la salida
|
|
|
Entre 0 y 10
|
10 (V)
|
|
|
Entre 0 y 90
|
92 (V)
|
|
|
Entre 100 y 110
|
110 (V)
|
|
Conclusiones
Nos dimos cuenta
que los valores de voltaje que debían darnos, no correspondían exactamente a
los valores teóricos, esto es debido a la resistencia “interna” que cada
transformador provoca al tener un cierto número de espiras, que por lo demás no
era de mucho valor Ohmico, sin embargo la diferencia entre el voltaje de
entrada con el de salida no tenía grandes variaciones.
Logramos
identificar los devanados de cada transformador y comprender como funciona su
relación, (al aumentar el número de vueltas del secundario, en relación al
primario, aumenta el voltaje en el secundario).
Bibliografía
http://www.frino.com.ar/transformador.htm
http://www.unicrom.com/Tut_transformador.asp
http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador
“Tu futuro es la
electrónica, curso básico de electrónica aplicada” Volumen 3, Cekit (C.R.A)
