Transformador 1f de Potencia

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EL TRANSFORMADOR 1Φ DE POTENCIA Trafo 1φ (dispositivo electromagnético Estático) Carga Eléctrica (motor, fábrica, centro comercial, etc.) S 2 Potencia eléctrica de salida a la carga S 1 Potencia eléctrica de entrada (fuente de alimentación) Pérdidas V 1 , I 1 , f V 2 , I 2 , f En la práctica, las pérdidas que presenta los trafos de potencia son pequeñas comparada con la potencia del trafo, es por ello que para el diseño se considera una sola potencia; es decir: Ej. de datos de diseño o de placa de un trafo 1Φ: 10000/380V, 800KVA, 60HZ

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  • EL TRANSFORMADOR 1 DE POTENCIA

    Trafo 1 (dispositivo

    electromagntico Esttico)

    Carga Elctrica (motor, fbrica,centro

    comercial,etc.)

    S2 Potencia elctrica de salida a la carga

    S1 Potencia elctrica de entrada (fuente de alimentacin)

    Prdidas

    V1 , I1 , f V2 , I2 , f

    En la prctica, las prdidas que presenta los trafos de potencia son pequeas comparada con la potencia del trafo, es por ello que para el diseo se considera una sola potencia; es decir:

    Ej. de datos de diseo o de placa de un trafo 1: 10000/380V, 800KVA, 60HZ

  • Si no existe carga El trafo est operando en vaco o en circuito abierto; el trafo trabaja como reactor (Pfe estn presentes). Para cualquier carga que alimenta el trafo de potencia, siempre su eficiencia es alta (generalmente >95%). Los trafos de pequea potencia (orden de los VA) suelen ser en seco. Mientras que los trafos de mediana y alta potencia (orden de los KVA y MVA) suelen ser en aceite.

  • Los trafos en aceite utilizan un tanque o cuba diseando para disipar la prdidas del trafo. Dentro de la cuba va instalado la parte activa del trafo inmerso en aceite ( refrigerante y aislante).

  • 1) Ncleo del tipo columnas ( no se utiliza en la prctica) A.T. B.T.

    N1 N2

    2) Ncleo tipo acorazado (comnmente utilizado en la prctica) A.T.

    B.T.

    N1

    N2

    Comnmente se distinguen dos tipos de ncleo que constituyen la parte activa del trafo:

    Las bobinas de A.T y B.T estn concntricamente montadas y debidamente aisladas

  • NCLEO.- Es del tipo ferromagntico laminado. Los trafos en aceite presentan generalmente columnas cilndricas de seccin transversal circular. DEVANADOS.- Pueden ser alambre de seccin circular; de platinas de seccin rectangular o de lminas delgadas de cobre (devanado tipo folio).AISLAMIENTO.- Se suele utilizar papel o cartn aislante que se coloca entre bobinas y entre bobina y ncleo. Los trafos en aceite, adems del tanque, utilizan aisladores en A.T y B.T y conservador de aceite. As mismo utilizan elementos de proteccin de acuerdo al nivel de potencia; Sin embargo, todos los trafos en aceite suelen llevar un Rel Buckol.

  • El Trafo 1 ideal de potencia

    Caractersticas: No considera resistencia de devanados desprecia efecto Joule de devanados. No considera d de devanados. No considera prdidas en el fierro. I0 0 dado que Eficiencia 100%

  • Trafo 1 ideal de potencia operando en vaco: Relacin de tensiones

    Voltaje de entrada o de alimentacin

    Voltaje de salida

    Pero: E1=V1 y E2=V2

    Relacin de transformacin del trafo

  • NOTA: En la prctica, si no se conoce el valor real de a para un trafo de potencia, se considera como a del trafo a la relacin de sus tensiones nominales: Datos de placa o de diseo,

    considerados para operacin en vaco (por cualquiera de los lados)

    Ejm: Trafo de caractersticas de placa o de diseo:

    Operando como reductor: a>1

    Operando como elevador: a

  • Trafo 1 ideal de potencia operando con carga: Relacin de corrientes de carga

    No deben cambiar para operacin con carga

    Carga

    Corriente de carga o corriente de salida

    Voltaje de la fuente de alimentacin (se mantiene fija. Ejemplo: 220V)

    NOTA. Con el interruptor S abierto: V1 = E1 por lo tanto el flujo no debe variar cuando el trafo opera con carga, dado que V1 es inalterable por ser voltaje de alimentacin.

  • Luego, para todo instante se cumple:

    (1)

    Muy pequeo, para trafo ideal 0

    ..(2)Para un trafo real esta igualdad no se cumple exactamente, pero en la prctica se acepta tal igualdad porque Io es pequea.

    Pero tambin:

    Para un trafo real esta igualdad no se cumple exactamente , pero los valores de S1 y S2 no son muy diferenciados, por lo que en la prctica se suele aceptar dicha la igualdad.

    Reemplazando (2) en (1):

    Relacin de corrientes de carga

  • Modelo circuital del tafo 1 ideal de potencia

    Para circuitos elctricos unifilares de potencia, se suele utilizar la sgt. representacin:

  • Circuitos equivalentes del trafo 1 ideal de potencia visto desde uno de sus lados:

    Relacin de impedancias

    Interpretacin:

    circuito equivalente referido o reflejado a A.T

    circuito equivalente referido o reflejado a B.T

  • Trafo 1 real de potencia: Modelos circuitales

    Considera resistencia de devanados, flujos de dispersin de devanados, prdidas en el fierro, la corriente de excitacin I0 y los efectos que produce.

  • Luego en funcin operativa se cumple:Contrarresta el efecto desmagnetizarte de I2

    Efecto de los flujos de dispersin d :

    Xd1, Xd2 son calculados en el diseo teniendo en cuenta la geometra de la bobina.

    Dominio del tiempo

    Dominio de la frecuencia

    Io = Ir + Im N2.I2 = N1.I'2

    E1 / E2 = a

    I'2 / I2 = 1/a

  • Por lo tanto, considerando las reactancias de dispersin, ser tiene:

    Luego, las expresiones matemticas que gobiernan la funcin operativa del trafo son:

  • Luego, el Circuito Equivalente Exacto (C.E.E) del trafo 1 real de potencia ser:

  • Circuito Equivalente Aproximado (C.E.A). Dado que la I0 comparada con la corriente de carga es pequea, entonces el efecto que esta produce puede ser despreciado. Por lo tanto, con fines prcticos se puede considerar el siguiente modelo circuital aproximado:

  • Modelos circuitales referidos a uno de los lados del trafo

    1) C.E.E.R.A.T. ( circuito equivalente exacto referido a alta tensin)

  • 2) C.E.A.R.A.T : Impedancia interna del trafo 1 de potencia

    Donde

    NOTA. En la prctica Xeq1>Req1 por lo que a veces suele despreciarse Req1

  • 3) C.E.E.R.B.T (Circuito equivalente exacto referido a baja tensin)

  • 4) C.E.A.R.B.T (Circuito equivalente exacto referido a baja tensin)

    Zeq2=Z2trafo

    Donde:

  • Ensayos o pruebas de los trafos de potencia

    Las pruebas comunes de control de calidad a la que debe someterse un trafo de potencia de acuerdo a norma (VDE, CEI, etc.) son:

    -Prueba de la relacin de transformacin.- Prueba de la tensin aplicada.- Prueba de doble frecuencia.- Prueba en vaco.- Prueba de corto circuito.

    Pruebas de rutina

    -Prueba de impulso (simula un rayo atmosfrico).- La prueba de calentamiento

    Pruebas tipo

  • Prueba en vaco o en circuito abierto

    B.T en vaco

    Condiciones de la prueba

    Con esta prueba se miden las PNfe (prdidas nominales en el fierro). Se recomienda hacer las mediciones de la prueba en el lado de B.T

  • A: Lee Io V: Lee V1N W: Lee PNfe

    CIRCUITO DE PRUEBA:

  • MUY PEQUEO

    Determinacin de los parmetros de vaco del modelo circuital

  • Prueba de corto circuito

    CONDICIN: Se cortocircuita cualquiera de los lados del trafo y se alimenta por el otro lado con su plena carga (IN)

    V: Lee V1CC (voltaje de corto circuito ) A: Lee I1N W: Lee perdidas nominales en el cobre PNcu

    NOTA. El Vcc a IN siempre es un % pequeo del VN de alimentacin ( la Io y las Pfe son pequeas y despreciables)

  • Para esta prueba se tiene:

    Zeq1=Ztrafo

    Determinacin de los parmetros de corto del modelo circuital

    Donde:

  • NOTA. los valores de R1, R2, Xd1 y Xd2 para el modelo circuital exacto, se determina en forma aproximada: Se sabe que: Se considera que:

    Se sabe que: Se considera que:

  • REGULACIN DE TENSIN DEL TRAFO 1 DE POTENCIA

    plena carga

    De f.d.p cos inductivo

    Tensin de salida a plena carga para definicin de la regulacin.

    Voltaje de alimentacin nominal

    La regulacin de tensin se define como:

  • La regulacin de tensin tambin se puede interpretar de la siguiente forma:

    de f.d.p cos inductivoVoltaje de

    alimentacin V1NVoltaje de salida a plena carga (para definicin de regulacin).

    Pero:

    NOTA. La r no es un valor alto; suele ser alrededor del 5% (para trafos de distribucin) y hasta 10% (para trafos de alta potencia).

    I2N

  • Primera Forma: considerando la impedancia interna del trafo referido a B.T (C.E.A.R.B.T) se tiene:

    Se toma como referencia: V2N=V2N0

    De f.d.p cos inductivo

    Clculo del V1/a

    De donde se obtiene el mdulo de V1/a =

  • En la prctica: A>>B

    Reemplazando:

    Expresin normalizada de la regulacin

  • EFICIENCIA DEL TRAFO 1 DE POTENCIA

    De f.d.p cos L

    Prdidas (Pfe+Pcu)

    En general la eficiencia se define como:

    Por lo tanto, para el trafo ser: O tambin:

  • Pero, Para cualquier corriente de carga I2 , estando el trafo alimentado con tensin y frecuencia nominales: Pfe=PNfe (prdidas fijas). Sin embargo, las prdidas en el cobre son prdidas variables con la corriente de carga : As mismo, la potencia de salida del trafo es:

    Para cualquier corriente de carga o potencia que entrega el trafo, se cumple que:

    Luego, la eficiencia del trafo ser:

    EXPRESIN DE LA EFICIENCIA EN FUNCIN DEL NDICE DE CARGA

    = ndice de carga (fraccin o porcentaje variable)

  • Por lo tanto, para cualquier corriente de carga I2 la potencia til que entrega el trafo se puede considerar como:

    As mismo, las sern:

    Tambin, para cualquier corriente de carga ,si el trafo est alimentado con su entonces se puede considerar que:

  • Luego, para cualquier corriente de carga de carga la eficiencia del trafo ser:

    Para condiciones de plena carga: =1

    Cul es el valor de para que el trafo a cualquier f.d.p entregue su mxima eficiencia?Para ello se evala:

    Haciendo la evaluacin correspondiente se encuentra:

    Por lo tanto, la eficiencia mxima a plena carga se dar cuando:

    Por lo tanto, la eficiencia a plena carga ser:

  • EL AUTOTRANSFORMADOR 1 DE POTENCIA

    Es un dispositivo electromagntico esttico que cumple la misma funcin operativa que un trafo monofsico.Constructivamente se diferencia de un trafo monofsico por que tiene el lado de A.T y de B.T conectados elctricamente entre s.

    Autotrafo1

    Carga Elctrica

    1salidaEntradaFuente de alimentacin

    Prdidas (Pfe+Pcu)

  • N2N1

    (N1-N2)

    Ncleo ferromagntico laminado

    Autotrafo de salidas mltiples

    El modelo circuital para el autotrafo 1 ideal de potencia es:

    En cada vuelta aparece una tensin inducida

  • Autotrafo 1 operando en vaco

    Voltaje de entrada

    Voltaje de salida

    Pero:

    En la prctica: Si:Opera como reductorOpera como elevador

  • Autotrafo 1 operando con carga

    Se cumple que:

    Se observa que el efecto de transformacin de A.T a B.T solo se da en la bobina comn, por lo tanto, la potencia del autotrafo en funcin de la potencia de dicho elemento comn ser:

    Tambin se cumple que:

    potencia por induccin o trasformacin (Sind.)

    potencia por conduccin (Scond.)

  • Como la potencia por induccin ( ) est relacionada con el efecto de transformacin, entonces el costo del autotrafo depender de esta potencia. A menor menor ser el costo del autotrafo. Este aspecto aparentemente ventajoso limita el uso de los autotrafos, tal como a continuacin se demuestra. La relacin ayudar a interpretar las consideraciones econmicas del autotrafo:

    Luego:

    Por lo tanto:

  • Se observa que cuando cada vez ms tiende a 1 es cada vez ms pequeo y por lo tanto, el autotrafo es cada vez ms barato. Esta aparente ventaja resulta imprctico en sistemas elctricos de potencia donde se transforman tensiones muy diferenciadas. En la prctica los autotrafos se utilizan como VARIAC:

    Tambin se utilizan en el arranque de motores de induccin o tensin reducida.

  • Polaridad del trafo 1 de potencia

    Se refiere a la polaridad instantnea del voltaje de un borne de A.T con respecto a un borne de B.T La polaridad de los trafos resulta importante cuando se tiene que conectar trafos 1 entre si para alguna aplicacin prctica (trafo 1 conectado como autotrafo, bancadas 3, conexin en paralelo, doblador de tensin, etc.)

  • En trafos en seco generalmente no se conoce la polaridad de bornes. En trafos en aceite, generalmente se conoce la polaridad de los bornes, y vienen demarcados con nomenclatura de acuerdo a norma:

    Segn CEI

  • Uno de los mtodos para determinar la polaridad de los bornes de los trafos 1 es el siguiente:

    La polaridad del trafo es:

    La polaridad del trafo es:

    A.T B.T

  • Trafo 1 conectado como autotrafo

    1ERA CONEXIN: autotrafo reductor Acomodo circuital:

    Sind ScondPotencia por induccin o transformacin

    Potencia por conduccin

  • Considerando los parmetros de corto circuito del trafo referido a A.T y conectndolos como el autotrafo anterior se obtiene el circuito equivalente del autotrafo con parmetros referidos al lado de A.T.

  • El circuito equivalente del autotrafo referido a B.T ser:

    Nota: Tambin se puede aplicar la frmula normalizada para la regulacin. Para determinar la eficiencia se aplica las mismas expresiones que para trafos teniendo en cuenta las cantidades que intervienen en el autotrafo.

    Luego, la regulacin de tensin del autotrafo ser:

  • 2DA CONEXIN: autotrafo elevador

    Acomodo circuital:

  • Conexiones trifsicas de trafos monofsicos: Bancadas trifsicas

    Generacin de Energa Elctrica

    Transmisin de

    Energa elctrica

    Distribucin De energa

    Electriza

    UtilizacinDe energa

    elctrica

    Se realiza trifasicamente

    Generalmente 1 y 3

    La transformacin 3 de tensiones se puede realizar

    utilizando tres trafos 1 idnticos conectados trifsicamente: bancada trifsica. utilizando una sola unidad 3 (el comnmente empleado por ser ms econmico que una bancada 3 para el mismo nivel de tensiones y potencia).

  • para obtener una bancada 3 los bornes de A.T como los de B.T de los tres trafos monofsicos se pueden conectar:

    1. En estrella: Y (letra mayscula para A.T) y (letra minscula para B.T)2. Delta triangulo: D (para A.T) d (para B.T) Se puede obtener las siguientes configuraciones o bancadas 3: Yy; Yd;

    Dd; Dy.

    En general cada bancada 3 presenta como caracterstica un ngulo de desfase entre las tensiones de A.T y B.T que en la prctica se designa por un ndice horario de reloj. Luego, cada bancada 3 queda definida por su denominado GRUPO DE CONEXIN. Ej. Bancada 3 de grupo de conexin Yd5

  • Tensiones de alimentacin equilibradas para las bancadas trifsicas

    Tensiones de lnea Tensiones de fase

  • Bancada 3 en conexin Yy

  • Para A.T Para B.T

    Tienen la misma secuencia de fase: Se puede definir al de desfasaje

    desfasaje entre fase y tambin entre lneas es 120

    Para toda conexin estrella se cumple:

    Nota:

  • Representacin circuital:

  • El neutro puede ser utilizado de 3 formas:

    1. Neutro puesto a tierra (lo ms recomendable para reducir las distorsiones de las tensiones)

    2. Neutro recorrido (las cargas deben conectarse balanceando las dems lneas)

    3. Neutro aisladoOtra representacin simblica de esta conexin es:

  • Bancada 3 Dd

  • Para A.T Para B.T

    Demuestra la limitacin de la conexin para elevadas tensiones.

    Generalizando: Para toda conexin delta.

    ESQUEMA CIRCUITAL:

    Potencia Instalada (SI)

  • Otra forma esquemtica de representar la conexin:

    TRIANGULO O DELTA IZQUIERDO

    Otra forma de cerrar el triangulo o delta:

    TRIANGULO DERECHO