TRANSFORMADORES ESPECIALES Autotransformador El autotransformador es un transformador donde una parte del devanado es común tanto al primario como al secundario. El principio de funcionamiento es el mismo que el de el transformador común, entonces la relación de transformación entre las tensiones y las corrientes y el número de vueltas se mantiene. Las corrientes primaria y secundaria están en oposición y la corriente total que circula por las espiras en común es igual a la diferencia de la corriente del devanado de baja tensión y el devanado de alta tensión. Para que un autotransformador funcione adecuadamente, los dos devanados deben tener el mismo sentido de bobinado. y
Autotransformador reductor
- Si se aplica una tensión alterna entre los puntos A y B, y se mide la tensión de salida entre los puntos C y D, se dice que el autotransformador es reductor de tensión.
relación de vueltas Ns / Np < 1 y
Autotransformador elevador
- Si se aplica una tensión alterna entre los puntos C y D, y se mide la tensión de salida entre los puntos A y B, se dice que el autotransformador es elevador de tensión.
relación de vueltas Ns / Np > 1
Los autotransformadores tienen la ventaja sobre los transformadores comunes, de un peso y costo menor. En lugar de tener un bobinado de alta tensión de N1 espiras, se debe preveer, para el bobinado de baja tensión, con un número N2 de espiras, un número de espiras adicional de N1 - N2. También hay que tomar en cuenta que el conductor de la sección común del bobinado, debe de tener una sección de cobre en función de la diferencia de corrientes entre baja y alta tensión. Otra ventaja es la de no necesitar aislamiento entre los bobinados primario y secundario. Sin embargo esto trae la desventaja de que el bobinado primario no es independiente del secundario. Esto causa peligro para una persona, pues entre tierra y el hilo común del secundario y el primario, existe la tensión del primario.
Conexión De Scott: Transformaciones De 3 A 2 Fases O De 2 A 3 Fases. Cualquier sistema polifásico se puede transformar, empleando combinaciones o transformaciones adecuadas, a otro sistema polifásico. Dado un suministro trifásico, es posible obtener cualquier sistema polifásico, desde con dos fase con 24 fases o más. Tipos de transformadores trifásicos que se pueden conectar en paralelo . Columna A.
Columna b
(Desplazamiento de fase=0º)
(Desplazamiento de fase=30º)
Y-Y
A -A
A-Y
T -T
Y-A
V-V El diagrama fasorial que muestra los voltajes de fase que se induce en los secundarios de los transformadores T-T, sugiere que hay una relación de cuadratura entre los dos factores. Es la misma relación que existe en el sistema de 2 y 3, ambas transformaciones se lleva a cabo empleando la llamada conexión scott. Al
igual que la conexión T-T, se necesita dos transformadores con salidas especiales. El transformador principal que se muestra en la figura siguiente. Tiene el primario con una salida al centro, o bien dos devanados iguales conectados en series. El transformador de desenredo tiene una capacidad de voltaje a V3/2. o sea 0.866. del voltaje nominal del transformador principal. Los
secundarios de ambos transformadores tienen iguales voltajes nominales y pueden tener salidas centrales, solo para cuatro fases, como se muestra en la figura siguiente.
La conexión Scott T es una manera de obtener dos fases separadas 90º a partir de un suministro de potencia trifásica .En los comienzos de la transmisión de potencia de C A los sistemas de potencia bifásicos y trifásicos eran muy comunes .Puesto que por aquellas épocas era necesariamente rutinario conectar sistemas de potencia bifásicos con sistemas de potencia trifásicos .Con este propósito apareció la denominada conexión Scott T. Hoy en día la potencia bifásica está limitada a aplicaciones de control, pero aun se usa la Scott para producir la potencia necesaria para operarla.
La conexión Scott consta de dos transformadores monofásicos con idéntica capacidad .Uno tiene una toma en su devanado primario a 86.5% de su voltaje a plena carga .Están conectados como se indica:
Fig 12 Diagrama de cableado La toma del 86.5% del transformador está conectada a la toma central del transformador T1 . Los voltajes aplicados al devanado primario se muestran así:
Fig 12 Voltajes de entrada trifásicos Y los voltajes resultantes aplicados a los primarios de los dos transformadores se muestran en la siguiente figura
Fig 12 Voltajes en los devanados primarios del transformador
Debido a que estos voltajes se encuentran desfasados 90º , ocasionan un salida bifásica : Esta conexión también permite convertir bifásica en trifásica , pero debido a que hay muy pocos generadores en uso , no se hace comúnmente
Conexión T trifásica La conexión Scott-T utiliza dos transformadores para convertir potencia trifásica en potencia bifásica con un nivel diferente de voltaje. Mediante un sencilla modificación de esta conexión, los mismos dos transformadores pueden convertir potencia trifásica en potencia trifásica con otro nivel de voltaje .A continuación se muestra :
Fig 12 Diagrama de cableado conexión T En este caso, tanto el devanado primario como el secundario del transformador T2 , TIENE U NA TOMA Al 86.66% y las tomas están conectados a las tomas centrales de los devanados correspondientes del transformador T1 .En esta conexión a T1 se le llama transformador principal y a T2 transformador de conexión en t Al
igual que en la Scott T, el voltaje de entrada trifásico produce dos voltajes desfasados por 90º en los devanados primarios de los transformadores .Estos voltajes primarios producen voltajes secundarios que también están desplazados en 90º. A diferencia de la Scott T los voltajes secundarios se vuelven a combinar en una salida trifásica. Una de las mayores ventajas de la conexión T trifásica sobre las otras conexiones trifásicas de dos transformadores (la delta abierta y la ye delta abierta) es que se pueden conectar un neutro tanto al lado primario como al lado secundario del banco de transformadores. Esta conexión se utiliza en la distribución trifásicos autónomos, puestos que sus costos de producción son menores que los de un banco de distribución trifásicos completos. Debido a que las partes más bajas de los devanados del transformador de conexión en T no se usan ni en lado primario ni en lado secundario. Se pueden quitar sin alterar los resultados de salida.
Fig 12 Voltajes de entrada trifásica y voltajes devanados primarios
Fig 12 Voltajes devanados secundarios y voltajes secundarios trifásicos Resultantes
Conexión DELTA ABIERTA Esta puede considerarse como una conexión de emergencia en transformadores trifásicos, ya que si en un transformador se quema o sufre una avería cualquiera de sus fases, se puede seguir alimentando carga trifásica operando el transformador a dos fases, sólo que su capacidad disminuye a un 58.8% aproximadamente. Los transformadores trifásicos en V - V se emplean en sistemas de baja capacidad y usualmente operan como autotransformadores. En ciertas ocasiones no puede utilizarse un banco de transformadores completo para realizar una transformación trifásica .Por ejemplo supóngase que un banco de transformadores que consta de transformadores separados tiene una fase dañada que se debe retirar para su reparación como se ve a continuación:
Fig 12 Conexión de un transformador en delta abierto o V-V
Este es el mismo voltaje que estaría presente si el tercer transformador siguiera ahí. A la fase C a veces de le denomina fase fantasma. ¿Qué potencia aparente puede suministrar el banco con dos transformadores? Para ello nos valdremos de la siguiente figura que es una conexión en mención para una carga puramente resistiva:
Fig 12 Conexión de un transformador en delta abierto o V-V Debido a que falta una fase , la corriente de línea de transmisión es igual a la corriente de fase en cada transformador y las corrientes y voltajes en el banco de transformadores tienen un ángulo que difiere por 30º .Ya que los ángulos de la corriente y el voltaje difieren en cada uno de los transformadores , es necesario examinar cada uno individualmente para determinar la potencia máxima que pueda suministrar .Para el transformador 1 el voltaje tiene un ángulo de 150º y la corriente de 120º , por lo que la expresión para la potencia máxima es:
Así
entonces la potencia disponible que sale del transformador en delta abierta en solo 57.77% del valor nominal del banco original.
La conexión ye abierta delta abierta es muy parecida a la conexión delta abierta excepto en que los voltajes primarios se derivan de dos fases y el neutro .Se utiliza para dar servicio a pequeños clientes comerciales que necesitan servicio trifásico en áreas rurales donde no están disponibles las tres fases .Con esta conexión un cliente puede obtener servicio trifásico provisional hasta que la demanda haga necesaria la instalación de la tercera fase .
Fig 12 Diagrama cableado Y abierta Delta abierta Una gran desventaja es que debe fluir una corriente de retorno muy grande por el neutro .
Transformador Trifásico Hexafásico. El funcionamiento de estos transformadores ofrece menos dificultades, y en caso de no necesitarse un conductor neutro para el sistema hexafásico, puede hacerse con cualquier transformador trifásico cuyos devanados secundarios estén en conexión abierta. Como aplicación principal de estos sistemas mencionaremos el servicio de conmutatriz con neutro, para la corriente continua, así como el servicio de rectificadores; en ambos casos fluye corriente continua hacia el punto neutro del sistema hexafásico, pero con la diferencia de que en la conmutatriz se trata de corriente continua, la cual se reparte en cada momento uniformemente entre seis fases, mientras que un rectificador la carga s e entrega cíclicamente por la diferencia de fases. Por esta razón el transformador para una conmutatriz puede construirse sin inconveniente con conexión primaria. En estrella, puesto que para compensar los Amperajes-vueltas de corriente continua de la conmutatriz no se necesita sino disponer alternadamente las mitades del devanado secundario de cada columna. Si, como es costumbre, el lado secundario se equipa con bornes para el arranque
asincrónico de la conmutatriz, el punto neutro se dispone de tal modo que pueda aislarse a fin de poder limitar a tres el número de bornes para el arranque, ejemplo: KVA de salida en 20 = KVA de entrada en 30.; es decir 2V Ia = V3 VL IL pero la relación de transformación unidad, Vl /Va = 1,y 2Ia = V3IL Dando cada una de las corrientes bifásicas(Ia, Ib). A la salida como, Ia = Ib = V3. Il / 2 ; para relación de transformaciones unidad. De acuerdo con la ecuación, dado que los amperes-vueltas de la carga de cualquier secundario de transformador deben ser iguales a los amperes vueltas del primario, despreciando la corriente de magnetización, podemos escribir: Ia N2 = V3/2 . Il. N1 y ya que la relación de transformación es N1/N2 y la la eficiencia es n. Podemos escribir Ia= V3/2.Il an = Ib para transformaciones de 30 a 20 y Ia= V3/2n.Il=Ib para transformaciones de 20 a 30. En la cuales Ia e Ib, son las corrientes de líneas bifásicas; Il es la corriente trifásica balanceada; es la relación de transformación del prim ario al secundario; n es la eficiencia de los transformadores.
CONCLUSIONES Los transformadores trifásicos son los más utilizados en la industria, pero hay una serie de transformadores que podemos utilizar para ciertas situaciones, casos en los que se necesita más precisión o menos pérdidas o simplemente practicidad en las conexiones y el uso correcto de l as mismas ; éstos son los llamados transformadores especiales, que nos son muy útiles sabiéndolos utilizar adecuada y correctamente para cada caso, puede desde mejorar el proceso a realizar hasta disminuir costos en el mismo; además de contar con éstos transformadores, podemos hacer uso de los comunes pero utilizando conexiones diferentes, acoplarlos a nuestras necesidades. De ahí la importancia de conocer lo básico de cada conexión para saber cómo sacarle el mayor provecho.
BILIOGRAFÍA http://www.monografias.com/trabajos78/grupo-conexiones-transformadores-trifasicos/grupoconexiones-transformadores-trifasicos2.shtml http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador http://gama.fime.uanl.mx/~omeza/pro/EquipoElectrico.pdf http://www.scribd.com/doc/12600443/Relacion-de-ConexiOn-de-Transform-Ad-Or-Trifasico
NÚCLEO MAGNÉTICO La construcción del núcleo. El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen pequeños porcentajes de silicio (alrededor del 4%) y que se denominan "laminaciones magnéticos", estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidas relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes. Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y dimensiones requeridas. La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los núcleos de las máquinas eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad del material y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas o circulantes y en consecuencia las pérdidas por este concepto. DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA -Los transformadores tienen el núcleo de hierro con forma de ventana y está constituido por numerosas chapas magnéticas de diferente espesor, apiladas unas encima de otras y aisladas entre sí mediante un barniz. -Esta disposición reduce considerablemente las pérdidas que aparecen en el hierro por efecto de las corrientes parásitas. -Para formar el paquete de chapas se utilizan tornillos o remaches, procurando que queden aislados de las chapas. -Se trata adecuadamente las superficies exteriores del núcleo para evitar la corrosión. -Los dos bobinados aparecen arrollados sobre un carrete que abraza la columna central del núcleo. -El conductor que se utiliza para las bobinas suele ser de cobre aislado mediante un barniz. Elementos de los núcleos de transformadores. En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna se distinguen dos partes principales: "las columnas" o piernas y los yugos". En las columnas se alojan los devanados y los yugos unen entre si a las columnas para cerrar el circuito magnético. Debido a que las bobinas se deben montar bajo un cierto procedimiento y desmontar cuando sea necesario por trabajos de mantenimiento, los núcleos que cierran el circuito magnético, terminar al mismo nivel en la parte que está en contacto con los yugos, o bien con salientes, en ambos casos los núcleos se arman con "juegos" de laminaciones para columnas y yugos que se arman por capas de arreglos "pares" e "impares". Cuando se han armado los niveles a base de juegos de laminaciones colocadas en "pares" e "impares" el núcleo se sujeta usando tornillos opresores y separa por medio de los tornillos
tensores. En cuanto a los Yugos, se refiere, no estando vinculados estos con los devanados, pueden ser, entonces, rectangulares, aún cuando pueden tener también escalones para mejorar el enfriamiento.
Tipos de núcleos. Cuando se ha mencionado con anterioridad, los núcleos para transformadores se agrupan básicamente en las siguientes categorías: a) Tipo núcleo o de columnas. b) Tipo acorazado. Existen distintos tipos de núcleos tipos columna, que está caracterizados por la posición relativa de las columnas y de los yugos. y
Núcleo monofásico.
Se tienen dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de un yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del devanado primario y la mitad del devanado secundario. y
Núcleo trifásico.
Se tienen tres columnas dispuestas sabor el mismo plano unidas en sus partes inferior y superior por medio de yugos. Sobre cada columna se incrustan los devanados primarios y secundarios de una fase. Las corrientes magnetizantes de las tres fases son distintas entre sí, debido principalmente a que el circuito magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la columna central. Este desequilibrio, tomando en cuenta que la corriente magnetizantes de las tres fases son distintas entre sí, debido principalmente que el circuito, magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la columna central. Este desequilibrio, tomando en cuenta que la corriente de vacío es bastante baja, tiene influencia solamente para las condiciones de operación en vacio. y
Tipo acorazado.
Este tipo de núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersión magnética, su uso es más común en los transformadores monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central, y cuando se trata de transformadores pequeños, las laminaciones se hacen en troqueles. Las formas de construcción pueden ser distintas y varian de acuerdo con la potencia. Otros tipos
Transformador con núcleo toroidal
El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. Transformador de grano orientado
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia. Transformador de núcleo envolvente
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión. Transformador piezoeléctrico
Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.
Según el diseño de su núcleo: y
Tipo núcleo: tipo acorazado
Puede considerarse como tres transformadores monofásicos de tipo acorazado, La única diferencia entre esta disposición y la de la Figura2 b), que corresponde a un transformador trifásico, es que las láminas del núcleo de este último están entrelazadas, es decir, las tres partes del núcleo no están separadas. Esto hace que los flujos en el núcleo, correspondientes a fases diferentes, se superpongan en las partes indicadas por D-E-F y G.
Fig 6 Acorazado: Con tres transformadores monofásicos
Fig 7 Acorazado: Trifásico con un solo núcleo
Fig 8 Diagrama fasorial para tensiones de Fase Equilibrada.
Fig 9 Sentidos positivos de los flujos para devanados conectados simétricamente.
Fig 10 Sentidos positivos de los flujos cuando se invierten las conexiones de la fase central. y
Transformadores auto protegidos
El transformador incorpora elementos para protección del sistema de distribución contra sobrecargas y cortocircuitos en la red secundaria y fallas i nternas en el transformador, conteniendo en su interior fusibles de alta tensión y interruptor de baja tensión. Potencia: 45 a 150KVA Alta
Tensión: 15 o 24,2KV
Baja Tensión: 380/220 o 220/127V
CONCLUSIONES En el transformador, el núcleo es uno de los dos elementos más importantes, ya que representa la base física para el funcionamiento del mismo. El núcleo proporciona la posibilidad de tener pérdidas relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes, lo que mejora el desempeño del transformador y nos proporciona mejores resultados.
BIBLIOGRAFÍ A members.fortunecity.es/christian82/transformador.doc blog.espol.edu.ec/melucero/files/2010/07/Resumen-Transformadores.doc www.alipso.com/monografias/transforma
FRECUENCIAS DE 50 Y 60 HZ En el continente americano la alimentación de corriente alterna más común es la de 120 V a 60 Hz, mientras que en Europa y los países del Este es de 220 V y 50 Hz. La elección del valor evidentemente se hizo de forma cuidadosa debido al importante impacto en el diseño y la operación de tantos sistemas. El hecho de que la diferencia en la frecuencia sea sólo de 10 hertz muestra que existió un acuerdo sobre las frecuencias en general que deberían utilizarse para la generación y l a distribución de energía. La historia sugiere que la cuestión de la selección de la frecuencia se centró originalmente en la frecuencia que no presentara parpadeo en las lámparas incandescentes en esos tiempos. Sin embargo técnicamente no existía una diferencia en base a ello. Otro factor importante en las etapas del diseño inicial fue el efecto de la frecuencia en el tamaño de los transformadores, los cuales juegan una papel muy importante en la generación y distribución de la energía. Al trabajar con las ecuaciones fundamentales del diseño de transformadores, veremos que el tamaño del transformador es inversamente proporcional a la frecuencia. El resultado de esto es que los que trabajan a 50 hz deben ser mayores (casi en un 17%) que los que operan a 60 hz. Sin embargo, en la otra cara de la moneda, frecuencias mayores resultan en preocupaciones acerca de los arcos eléctricos, incremento en las pérdidas en el núcleo del transformador debido a corrientes parásitas y pérdidas por histéresis, y fenómenos de efecto de superficie. En alg una parte del análisis debemos considerar el hecho de que 60 hz es un múltiplo exacto de 60 segundos que hay en un minuto y de los 60 minutos en una hr. , esto representa un factor de importancia debido a que la sincronización precisa es una parte crítica del diseño tecnológico. Existe también la cuestión de si los 50 hz son resultado de la cercana afinidad de este valor con el sistema métrico. Aunque
podría terminar también en una simple diferencia política, como ya se sabe.
Para convertir de 50 a 60 Hz o viceversa CARACTERISTIC AS (genéricas, a concretar en cada caso) Entrada Trifásica 220 / 380 / 400 VAC, + 15 %, - 10% Frecuencia 50 / 60 Hz, ± 5% Factor de potencia hasta 0,9 Salida De 5 a 2500 kVA Frecuencia 50 / 60 / 400 Hz, ± 0,1 % Monofásica 220 VAC, ± 1 % Trifásica 220 / 380 / 400 VAC, ± 1 % A juste de tensión ± 5% Vn cos admisible 0,6 capacitivo / 0,4 inductivo
Armónico
mayor 3 % Distor. máx. THD global carga lineal < 3 % carga no lineal < 5 % Respuesta dinámica ± 5 % Tiempo de respuesta 30 ms Factor de cresta 3 Rendimiento 84 96 %, según potencia Opciones Baterías de Pb ó NiCd 6 ó 12 pulsos Filtro anti armónicos Transformador estabilizador de línea LBP Fuente auxiliar de 28 VDC / 40 a 1000 A
El llamado convertidor portátil de voltaje o de potencia (denominado a veces transformador electrónico) en realidad no es un transformador y ni siquiera convierte el voltaje eficaz de 220 a 110 V. Es un aparato electrónico que se conecta a la red eléctrica de 220/240Vrms para hacer funcionar ciertos artefactos (no cualquiera) de 110/120 Vrms, y que ha ce que el artefacto disipe una potencia similar en la red de 220/240Vrms, a la que disipa conectado directamente en la red de 110/120Vrms. En qué se diferencia de un transformador Hay 4 diferencias esenciales. La primera es que la onda salida de un transformador AC es senoidal, y por lo tanto, el transformador sirve para cualquier artefacto AC (de la potencia y voltaje correspondientes). Esto no sucede con el convertidor portátil de voltaje, cuya onda no es senoidal. Esto es una gran desventaja del convertidor. Otra diferencia importante, es que aunque el artefacto conectado al transformador estuviese apagado, el transformador de todos modos se calentaría un poco (consumiría energía), ya que una parte (el bobinado primario), estaría conectado a la red de alimentación eléctrica, dejando pasar una corriente. El convertidor no; su circuito solo funciona cuando se enciende el artefacto. Esto es una ventaja del convertidor portátil de voltaje. Las otras dos diferencias son ventajas importantes del convertidor, que están relacionadas por la densidad del material: la muy baja masa y peso, y el reducido volumen. Un transformador de 220V a 110V es relativamente pesado y voluminoso, porque tiene alambres de cobre y un núcleo de hierro o de ferrita (materiales de unos 7-9 g/cm3), cuya masa debe ser mayor mientras mayor sea la potencia que debe suministrar. Por lo tanto, también a mayor potencia, mayor será su volumen.
CONCLUSIONES Aunque
existen muchas teorías, y bastantes leyendas urbanas entretenidas, hay poca certidumbre en los detalles de la historia de 60 hertzs contra 50 hertz, pero con este trabajo encontré que si el fabricante lo hace para 50 Hz, utiliza mas cobre (mas espiras y lo tiene que hacer mas robusto-17% mas), por tanto se incremente las pérdidas en el cobre. Pero en 60 Hz se incrementa las corrientes parásitas y el fenómeno de histéresis por tanto se incrementan las pérdidas en el núcleo, habría q analizar las ventajas de uno contra otro para cada caso y aplicación para ver cual es más conveniente
BIBLIOGRAFÍ A http://www.grupojema.com/cas/catalogo/convertidordefrecuencia/ http://books.google.com.mx/books?id=fdPRcPpf_EC&pg=PA554&lpg=PA554&dq=convertir+de+50+a+60+ciclos+transformador&source=bl& ots=vdCJFZXbH9&sig=jUF5zg6agEPm0ugHx_15aXZtNE&hl=es&ei=KNjQTPrqLIGKlweK472HDA&sa=X&oi=book_result&ct=result&res num=3&ved=0CB0Q6AEwAg#v=onepage&q&f=true
