Transformadores

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TRANSFORMADORES

Índice horario
El proceso a seguir para determinar el índice horario es el siguiente:
1.Se representan las f.e.m.s simples del devanado primario de tal forma que el Terminal A se sitúa en la parte superior del diagrama(coincidiendo con el numero 12 de un reloj imaginario que se colocará superpuesto al esquema vectorial).
2.Se representan las f.e.m.s simples secundarias, y para ello debe tenerse en cuenta que los devanados primario y secundario situados en la misma columna producen f.e.m.s en fase (para los bornes homólogos).
3.Se superponen ambos diagramas. El ángulo horario es el que forman dos vectores, uno que pasa por el pto A y el centro del diagrama y el otro que pasa por a y ese mismo centro.

Armónicos
Si se aplica una tensión sinusoidal a un transformador monofásico y el núcleo trabaja en el codo de imanación, se obtiene una corriente de excitación de forma acampanada con un contenido de armónicos impares. Aparte del armónico fundamental, el más importante es el tercero. Así, la corriente de vacío del transformador responde a la forma: i0=i0,1+i0,3=sqrt2I0,1cos(wt+ö1)+sqrt2I0,3cos(3wt+ ö3)
Si se considera un banco trifásico a base de tres transformadores monofásicos:
Los terceros armónicos de corriente producen caídas de tensión que van en fase entre sí, dando lugar a una deformación y desequilibrio de las tensiones que resultaran al final de la línea. Es por este motivo por lo que en las líneas de A.T no se suele disponer de neutro de retorno. La no existencia de terceros armónicos en la corriente de excitación indica que la corriente se hace sinusoidal, lo que obliga a que el flujo magnético pierda su carácter sinusoidal.
Transformadores con núcleo magnético trifásico:
Si se considera un transformador Y-y con núcleo trifásico, no se dispone de neutro en la línea de alimentación del primario. Por tanto, no circulará, terceros armónicos de corrientes de excitación y, por consiguiente, pasa lo expuesto en el apartado anterior con las corrientes y los flujos. Los terceros armónicos de flujo tienden a cerrarse por una cuarta columna de retorno que es el aire, lo que representa un camino de gran reluctancia y por tanto a penas existirán terceros armónicos de flujo. Para eliminar los flujos de terceros armónicos evitando que salten por el aire es conectar el secundario en triángulo.

Conexiones
a)Y-y Para una tensión dada entre fases VL, la tensión en bornes de una fase de un transformador conectado en estrella es VL/sqrt3, mientras que cuando se trata de transformadores conectados en triángulo la tensión en cada bobina es VL. La corriente en cada bobina de un transformador conectado en estrella es igual a la corriente de línea IL, mientras que la de un transformador conectado en triángulo es IL/sqrt3. Así pues, siempre que las condiciones sean las mismas, el devanado de un transformador conectado en estrella tendrá menos espiras, necesitará un conductor de mayor sección transversal que el transformador equivalente conectado en triángulo y su construcción será algo menos costosa. La conexión Y-y se considera ventajosa cuando han de enlazarse dos sistemas de tensiones relativamente altas y además no existe desplazamiento de fase entre las tensiones de primario y secundario.
La conexión Y-y presenta dos inconvenientes graves: 1) Si la carga del transformador es desequilibrada, se producen flujos alternos en las columnas que van en fase. 2) Existen terceros armónicos de tensión. Sin embargo estos problemas se pueden resolver conectando rígidamente a tierra los neutros de los transformadores, especialmente el del primario o añadiendo un tercer devanado conectado en triángulo.
b)Y-d Esta conexión se comporta razonablemente bien bajo cargas desequilibradas, ya que el triángulo redistribuye parcialmente cualquier desequilibrio que se presente. Sin embargo, esta disposición tiene el problema de que, debido a la conexión en triángulo, las tensiones secundarios sufren un desplazamiento de 30º con respecto a las tensiones del primario, lo cual puede causar inconvenientes al conectar en paralelo los secundarios de dos grupos de transformadores ya que para ello es preciso que los diferentes grupos tengan el mismo índice horario. Esta conexión se adapta particularmente bien a transformadores en sistemas de alta tensión en el extremo reductor de la línea.
c) D-y Esta conexión presenta las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que la conexión Y-d. Se utiliza como transformador elevador en redes de A.T. Esta conexión es también muy utilizada en los transformadores de distribución, correspondiendo la estrella al lado de baja tensión, que permite de este modo alimentar cargas trifásicas y monofásicas. El primario en triángulo tiende a compensar los desequilibrios producidos por las cargas monofásicas.
d) D-d Esta conexión se utiliza en transformadores de B.T ya que se necesitan más espiras/fase de menos sección. Se comporta bien frente a cargas desequilibradas.
e) Y-z La conexión zig-zag se emplea únicamente en el lado de baja tensión. Este montaje se utiliza en redes de distribución y se comporta bien frente a desequilibrios de cargas.



Acoplamiento en paralelo de transformadores
Una forma de mejorar una instalación eléctrica es colocar transformadores acoplados en paralelo de tal forma que en periodos de menor demando funcione solo uno de ellos y en épocas de mayor consumo se incorporen los demás. Este procedimiento mejora notablemente el rendimiento de la instalación, con la ventaja de que si se produce una avería en un transformador cabe la posibilidad de alimentar la carga con los otros.
Se dice que dos transformadores funcionan en paralelo cuando sus bornes homólogos están unidos entre si, tanto del lado primario como del secundario, por conexiones de resistencia y reactancia despreciables. El acoplamiento en paralelo es adecuado cuando no se producen corrientes internas de circulación entre los transformadores cuando trabajan en vacío, ni una distribución desigual de la potencia cuando alimentan una carga común. Los requisitos necesarios para que el acoplamiento en paralelo sea perfecto son:
1.Los transformadores deben tener el mismo índice horario.
2.Los transformadores deben tener las mismas relaciones de transformación.
3.Los transformadores deben tener idénticas tensiones relativas de cortocircuito.

Autotransformadores
El autotransformador es un transformador especial formado por un devanado continuo, que se utiliza a la vez como primario y secundario, por lo que las tensiones de alimentación y salida no van aisladas entre sí. A diferencia del transformador de dos devanados, un autotransformador transfiere energía entre los dos circuitos, en parte por acoplamiento magnético y en parte por conexión eléctrica directa.
El transformador necesita N1 espiras en el primario y N2 espiras en el secundario mientras que el autotransformador sólo emplea N1 espiras; en una parte de ellas, N1-N2 circula la corriente I1, mientras que por la otra que es una derivación que recoge N2 espiras, circula una corriente I2-I1. El peso en cobre en cada uno de los casos es proporcional al número de espiras y a la corriente que las recorre.
La relación entre el peso de cobre como autotransformador Ga y como transformador Gt es:
Lo que indica un ahorro en material para el autotransformador frente al transformador. La reducción en el número de espiras total permite también emplear circuitos con menos ventana, lo que supone un menor peso en hierro. El autotransformador tiene en consecuencia menos pérdidas en el cobre y en el hierro lo que mejora el rendimiento y la caída de tensión frente al transformador.
El autotransformador, sin embargo, presenta dos inconvenientes fundamentales: por una parte, debido a su menor resistencia y reactancia, resulta un bajo valor de la caída åcc, lo que supone en caso de una falta de cortocircuito, corrientes más elevadas; por otra parte, si la relación de transformación es muy elevada, tiene el inconveniente de presentar un borne común a los arrollamientos de A.T. y B.T.
Debido a estos graves inconvenientes, se suele limitar el uso de los autotransformadores a los casos en que no exista mucha diferencia entre las tensiones V1 y V2. En cualquier caso, se está obligado a conectar a tierra el borne común a ambos devanados.

Transformadores de tensión
A su secundario se conectan en paralelo todas las bobinas voltimétricas de los aparatos de medida. Debido a la alta impedancia de la carga conectada, los transformadores de tensión funcionan casi en vacío y de esta forma la caída de tensión interna es muy pequeña. Además un borne de su secundario debe conectarse a tierra para prevenir el peligro de un contacto accidental entre primario y secundario. El trasformador de tensión debe proporcionar una tensión secundaria proporcional a la tensión primaria. Por otro lado, debe procurarse que las caídas de tensión sean lo más mínimas posible por lo que estos transformadores deben presentar una reactancia pequeña y una corriente de carga reducida, lo cual obliga a diseñar el sistema con poco flujo de dispersión y un circuito magnético que necesite una pequeña corriente de vacío.
Sin embargo estos transformadores también presentan errores: error de relación o de tensión y error de fase o de ángulo.

Transformadores de corriente
Tienen por misión reducir la corriente de la red a valores más apropiados a las escalas de los instrumentos. En el secundario se conectan en serie los amperímetros y bobinas amperimétricas de los aparatos de medida. Debido a la baja impedancia de estos aparatos, los transformadores de intensidad trabajan prácticamente en cortocircuito, por ello se emplean bajas inducciones en el núcleo.
En redes de baja tensión se utiliza también, por su comodidad, un tipo de transformador de intensidad denominado tenaza o de pinzas, que permite medir la corriente de una línea sin necesidad de interrumpir su funcionamiento.
En cuanto a los peligros, debe evitarse terminantemente dejar en circuito abierto un transformador de intensidad. Si se desea cambiar una carga se puede interrumpir el servicio de la línea para proceder al cambio necesario o se puede realizar la operación sin desconectar la red si previamente se cortocircuita el secundario del transformador.
Por otro lado, este transformador también presenta errores como: error de intensidad o relación y error de fase.

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