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NANOTECNOLOGIA Y LA ELECTRONICA

Christian Espejo Quezada.Universidad Politécnica Salesiana

Cuenca, Ecuadorcespejo@est.ups.edu.ec

Resumen— Los transformadores trifásicos son maquinas de gran utilidad en la transmisión de energía eléctrica, pero también para otros fines como la obtención de un valor de tensión para alimentar una fabrica o planta industrial, en este trabajo se explica la construcción, tipos . Conexiones de estos transformadores.

1. INTRODUCCIÓN[1]

Los transformadores trifásicos son unas de las maquinas mas usadas al igual que los motores, los transformadores puede ser de gran ayuda en la transmisión de energía eléctrica de centrales eléctricas a subestaciones y luego a la red eléctrica que encontramos en nuestras ciudades.

Esta Maquina requiere un complejo estudio para saber su construcción y su funcionamiento, es por esto que se ha desarrolladlo este trabajo para enfocar de manera rápida lo que es un transformador trifásico.

2. FORMAS CONSTRUCTIVAS

Se puede construir un transformador trifásico mediante tres transformadores monofásicos, hay que tener en cuenta que los voltajes y las corrientes que se utilizan deberían ser las de fase del primario y del secundario. La potencia de fase es la tercera parte de la total.

Los devanados primarios y secundarios, pueden ser conectados de distintas maneras, (combinaciones de estrella, triangulo y zig--zag).

Depende del tipo de conexión, se tendrá distintas características técnicas, es por esto que la tensión de salida o de entrada no dependerá solo de la relación de los devanados sino también de la manera en que estos estén conectados.

Figura1. Banco de transformadores monofásicos YNyn0.

El banco de transformadores monofásicos es una de las formas de construir u transformador trifásico, pero en la mayoría de los casos resulta mucho mas costoso es por esto que la forma mas común de construcción es un transformador con un mismo núcleo en el cual se alojan los bobinados para que sea un transformador trifásico.

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Figura2. Transformador trifásico de 3 columnas.

2.1.POR SU NÚCLEO.

2.1.1. TIPO NÚCLEO.

El tipo núcleo tiene tres columnas ubicadas paralelamente, unidas en sus partes inferior y

superior por medio de láminas de metal dispuestas de forma horizontal como se ve en la figura.

Figura 3. Transformador trifásico de tipo núcleo.

Sobre cada columna se devana el conductor primario y secundario de la fase correspondiente. Existe un desequilibrio debido a las corrientes magnetizantes de las tres fases que son distintas entre sí, dado a que el circuito magnético de la columna central es corto que las columnas laterales. Este desequilibrio tiene influencia solamente para las condiciones de operación en vacío.

2.1.2. TIPO ACORAZADO.

Sobre cada columna se devana el conductor primario y secundario de la fase correspondiente. Existe un desequilibrio debido a las corrientes magnetizantes de las tres fases que son distintas entre sí, dado a que el circuito magnético de la columna central es corto que las columnas laterales. Este desequilibrio tiene influencia solamente para las condiciones de operación en vacío.Sobre cada columna se devana el conductor primario y secundario de la fase correspondiente. Existe un desequilibrio debido a las corrientes magnetizantes de las tres fases que son distintas entre sí, dado a que el circuito magnético de la

columna central es corto que las columnas laterales. Este desequilibrio tiene influencia solamente para las condiciones de operación en vacío.

Figura 4. Transformador trifásico tipo acorazado.

2.2.POR SUS DEVANADOS

La forma de los devanados dependen en gran parte del nivel de voltaje que estos van a manejar, es por esto que se los puede clasificar en bobinados de baja y alta tensión

2.2.1. DEVANADOS DE ALTA TENSIÓN.

Los transformadores de alta tensión son usados especialmente en líneas de distribución en el cual ingresa 22000V al primario y se obtiene 220V al secundario, donde se puede prestar atención una gran contradicción de tensiones razón por la cual los criterios de diseño son diferentes a los usados en los transformadores de baja tensión.

Estos tienen muchas más espiras que los devanados de baja tensión. Son compuesto de dos maneras: la primera se conoce como tipo bobina y está formado de varias capas de cable, estas bobinas tienen forma discoidal y se conectan en serie para obtener el total de espiras de una fase; la segunda forma de construcción es la de capas, que es una sola bobina con varias capas

2.2.2. DEVANADOS DE BAJA TENSIÓN.

Son aquellos que trabajan en baja tensión están constituidos de dos o tres capas sobrepuestas de espiras, estas espiras están encerradas entre sí por papel o más habitualmente se usan cables esmaltados.

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2.3.DISPOSICIÓN DE LOS DEVANADOS.

En el transformador los devanados deben estar colocados de manera que se encuentren bien aislados y que eviten en todo lo posible la difusión del flujo. Esto se logra de mejor manera cuando existe un buen alejamiento entre las espiras de la bobina y ubicando al primario lo más cerca posible del secundario. Para alcanzar estos requerimientos tenemos estos tres tipos de disposición de devanados:

2.3.1. DEVANADO CONCÉNTRICO SIMPLE.

Donde cada uno de los devanados está distribuido a lo largo de toda la columna del núcleo, el devanado de tensión más baja se encuentra en la parte interna, más cerca del núcleo y aislado de este, mientras que el de tensión más elevada, sobrepuesto a este pero debidamente aislados.

2.3.2. DEVANADO ALTERNADO.

En este tipo cada uno de los dos devanados está subdividido en cierto número de bobinas que están dispuestas en las columnas en forma alternada.

2.3.3. DEVANADO CONCÉNTRICO DOBLE.

Es aquel que se consigue cuando el devanado de menor tensión se divide en dos mitades dispuestas correspondientemente al interior y al exterior uno de otro. Esta configuración de devanado tiene la ventaja de que el valor de la reactancia de dispersión es la mitad del valor de la reactancia de dispersión que produce el concéntrico simple, mientras que el tipo alternado, en cambio, permite variar tales reactancias, repartiendo en forma distinta las posiciones de las bobinas de los dos devanados.

Figura 5. Devanado trifásico.

3. TIPOS DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS.

Existen diversos tipos de transformadores trifásicos que son utilizados en distintas áreas a continuación veremos algunos de estos transformadores.

3.1.TRANSFORMADOR DE POTENCIA.

Se utiliza para transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Se las encuentra en Subestaciones, Centrales de generación eléctrica, etc.Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 kV. y frecuencias de 50 y 60 Hz.

Figura 6. Transformador de potencia.

3.2.TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN.

Se les denomina así a los transformadores de potencia igual o inferior a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 kV, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de estas unidades están proyectadas para montaje sobre postes.Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se proveen en frecuencias de 50- 60 Hz. La variación de tensión, se realiza mediante un conmutador exterior de accionamiento sin carga.

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Figura 7. Transformador de distribución.

3.3.TRANSFORMADORES HERMÉTICOS DE LLENADO INTEGRAL.

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.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

Figura 8. Transformador de llenado integral

3.4.TRANSFORMADORES RURALES.

Están diseñados para instalación mono poste en redes de electrificación suburbanas monofásicas, bifásicas y trifásicas, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifásicas se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.

Figura 9. Transformador rural

3.5.TRANSFORMADORES SUBTERRÁNEOS.

Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza.Potencia: 150 a 2000KVAAlta Tensión: 15 o 24,2KVBaja Tensión:216,5/125; 220/127; 380/220; 400/231V

Figura 10. Transformador subterráneo

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4. SISTEMA EN POR UNIDAD.

Las líneas de transmisión de energía eléctrica se operan a niveles de kilovoltios (kV), esta es la unidad más conveniente para expresar estas tensiones. Debido a que se transmite una gran cantidad de potencia (kW o MW).Es por esta razón que estos valores se los expresa frecuentemente en por ciento o en por unidad de un valor base o valor de referencia.

4.1.CAMBIO DE BASE.

Por lo general los fabricantes expresan las impedancias de transformadores y de otras máquinas eléctricas en por unidad o en porcentaje, tomando como base el voltaje nominal y la potencia aparente nominal de la máquina.Como en los problemas aparecen involucrados diferentes aparatos con distintas cantidades nominales, es necesario expresar las impedancias en tanto por unidad, respecto a otra base.

4.2. VENTAJAS DEL SISTEMA EN TANTO POR UNIDAD.

Los valores en por unidad, base propia, característicos de máquinas similares, aunque de tamaños muy diferentes, varían muy poco.

En los transformadores, la impedancia equivalente en por unidad es independiente del lado a que está referida.

En los cálculos se manejan cantidades que están en un margen estrecho alrededor de la unidad (condiciones normales), lo que permite comprobar los valores por inspección.

5. TAPS.

Los "taps" no son mas que derivaciones de alguno de los bobinados del transformador, a veces para cambiar el voltaje de entrada, o para escoger distintos voltajes de salida en el secundario, o para variar la impedancia de carga en caso de un transformador de audio.

6. GRUPOS DE CONEXIÓN.

6.1.CONEXIÓN DELTA-DELTA.

Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas interferencias en el sistema. Además, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho equilibrio, ya que las corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados.

Figura 11. Conexión delta-delta.

6.2.CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA.

La conexión estrella-delta es contraria a la conexión delta-estrella; por ejemplo en sistema de potencia, la conexión delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la conexión estrella-delta para reducirlos. En ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento.

Figura 12. Conexión estrella-delta.

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6.3.CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA.

Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a las corrientes en la línea. Si las tensiones entre línea y neutro están equilibradas y son sinuosidades, el valor eficaz de las tensiones respecto al neutro es igual al producto de 1/3 por el valor eficaz de las tensiones entre línea y línea y existe un desfase de 30º entre las tensiones de línea a línea y de línea a neutro más próxima. Las tensiones entre línea y línea de los primarios y secundarios correspondientes en un banco estrella-estrella, están casi en concordancia de fase. Por tanto, la conexión en estrella será particularmente adecuada para devanados de alta tensión, en los que el aislamiento es el problema principal, ya que para una tensión de línea determinada las tensiones de fase de la estrella sólo serían iguales al producto 1/ 3 por las tensiones en el triángulo.

Figura 13. Conexión estrella-estrella.

6.4.CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA.

La conexión delta-estrella, de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación de fuerza y alumbrado.

Figura 14. Conexión delta-estrella.

6.5.TABLA DE CONEXIONES.

Figura 15. Tabla de conexiones.

7. AUTOTRANSFORMADORES TRIFÁSICOS.

El autotransformador trifásico está constituido por un núcleo de tres columnas iguales donde cada una de ellas posee un solo arrollamiento con una derivación intermedia.

Figura 16. Transformador trifásico.

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Pueden estar conectados en estrella o en triángulo aunque lo más común es la conexión estrella.Los autotransformadores trifásicos se empleen fundamentalmente para el arranque de motores asincrónicos trifásicos. El objeto del autotransformador es brindar al motor una tensión reducida para el arranque, luego de esta operación queda fuera de servicio. El hecho de que exista vínculo eléctrico entre primario y secundario no interesa en este caso ya que el motor normalmente está conectado a la tensión primaria.En un auto transformador si el devanado primario se conecta en estrella el devanado secundario también se conectara en estrella, de igual manera si se conecta en triangulo.

8. BIBLIOGRAFIA

Páginas web:

[1] Transformadores trifásicos, disponible en:

http://www.monografias.com/trabajos93/de-transformadores-trifasicos/de-transformadores-trifasicos.shtml

[2]Transformadores trifásicos: disponible en:

http://www.monografias.com/trabajos82/transformadores-trifasicos-corriente/transformadores-trifasicos-corriente2.shtml

[3] El transformador trifásico, disponible en:

http://www.tuveras.com/eltrafotrifasico/eltrafotrifasico.htm