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• Pedro Joel Aguilar

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Transformador eléctrico convencional de distribució La tensión eléctrica se distribuye a las zonas pobladas como pueblos y ciudades, etc., por medio de líneas primarias.

Estas líneas primarias transportan la corriente eléctrica a alta tensión con el propósito de disminuir las pérdidas en los conductores. Acordarse de la fórmula de potencia: P = V x I Se mantiene la misma potencia si se eleva el voltaje y se disminuye la corriente en la misma proporsión. Cuando se disminuye la cantidad de corriente en los cables, estos no tienen que ser de gran grosor. Al utilizar un cable conductor más delgado el costo disminuye. Para el consumo de los usuarios, la distribución de la energía se hace a baja tensión. Para lograr ésto conseguir esta tensión se utilizan transformadores reductores.

Constitución interna de un transformador eléctrico convencional   

Una bobina primaria a la cual se intercala un conmutador Un núcleo magnético Dos bobinas secundarias

H1 y H2 son los terminales de alta tensión, en donde se ven los aisladores. En los bornes de baja tensión también se pueden ver los aisladores. (F – N – F)

Constitución externa de un transformador eléctrico convencional  

Dos aisladores grandes para la bobina primaria y tres pequeños para la salida de las bobinas secundarias. Tornillos para conectar el tanque del transformador a masa y a tierra

En el diagrama, se ve que el transformador no tiene protección en la bobina primaria ni en la secundaria. Es por esta razón que para instalarlo es necesario hacer un montaje de protección que tenga una cuchilla portafusible y una pararrayos. Las bobinas secundarias tienen en sus extremos una letras para identificar sus bornes. Si se necesita que funcione a 240V se conecta como indica el esquema: (b) con (c) al neutro, y (a) y (d) a las fases. Para funcionar a 120V: se unen (a) con (c) para la fase, y (b) con (d) para el neutro. Los transformadores eléctricos convencionales son muy útiles para formar bancos de transformadores paralelos o trifásicos. Tut_transformador-distribucion-convencional.asp

Relación de transformación del transformador eléctrico

Relación de transformación del transformador

Razón de transformación K La Relación de transformación del transformador (K) o también llamada la razón de transformación (K) es el valor del cociente que resulta de dividir la cantidad de espiras del bobinado primario (N1) entre la cantidad de espiras del bobinado secundario (N2). Entonces K= N1/N2 En un transformador al vacío (que no tiene carga conectada al bobinado secundario), las fuerzas electromotrices inducidas (E1 y E2) guardan un relación directa, por lo que también se puede determinar la relación de transformación con E1 y E2. Entonces: K= E1/E2 Otra forma de determinar la razón de transformación es partiendo de las intensidades (corrientes) nominales del bobinado primario y del bobinado secundario (I1 e I2), basado en la relación inversa que guardan con las fuerza electromotrices. Entonces K= I2/I1.

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En el gráfico anterior se ilustran los parámetros de N1, N2, E1, E2, I1 e I2. De lo anterior se resume que la relación de transformación se determina con: K= N1/N2 = E1/E2 = I2/I1

Estas últimas ecuaciones no sólo permiten obtener la razón de transformación K por diferentes medios, si no que permiten obtener los valores de voltaje (E1 y E2), las corriente (I1 e I2) y el número de vueltas en los bobinados primario y secundario (N1 y N2), si se conocen el valor de K y uno o más de los otros parámetros.

Ejercicios: Transformadores. EJERCICIO 1 Un transformador monofásico de relación de transformación 400/230 V, suministra a una carga 600 w de potencia a 230 V. Considerando el transformador ideal y el factor de potencia de 0,9 inductivo, calcular: A) La relación de transformación. B) La intensidad que suministra el transformador. Intensidad en el secundario. C) La intensidad I1 que circula por el primario. SOLUCION A) m=1,74 B) I2= 2,89 A. C) I1= I2/ m = 1,67 A. EJERCICIO 2 Un transformador de intensidad de 30 VA y relación de intensidades I1/I2= 250. Alimenta a los aparatos de medida con una intensidad de I2=5 A, y la impedancia total es de 0,4 Ω. Calcular: A) Intensidad del primario. B) La potencia aparente que suministra. SOLUCION: A) 1250 A. B) 10 VA.

EJERCICIO 3 Un transformador monofásico, que tiene 620 espiras en el primario y 422 espiras en el secundario, se conecta a una red alterna senoidal de 220 V, 50 Hz. Considerando el transformador ideal calcular: A) La tensión U2 del secundario. B) La tensión U2 del secundario si cambiamos la frecuencia de la red a 60 Hz. SOLUCION. A) 150 V. ; B) 150 V. EJERCICIO 4 Sea un transformador monofásico ideal, el bobinado primario tiene 35 espiras y el secundario 78 espiras. ¿Qué relación de transformación tiene el transformador? ¿Es un trafo elevador o reductor? ¿Si le aplicamos 230V de ca al primario, qué tensión aparece en el secundario? ¿Y si el secundario está consumiendo 0,75A, que corriente circula por el primario? ¿Qué factor de potencia tendrá el primario y si el secundario tiene un cos+=0,8? EJERCICIO 5. Queremos transformar los 230V de una instalación moderna en 127V para un receptor antiguo, para ello utilizamos un transformador reductor doméstico. ¿Qué relación de transformación habremos de utilizar? ¿Qué corriente consumirá el primario del trafo si el receptor consume 2A? ¿Qué potencia consume el primario si el secundario trabaja con un FP=0,9? EJERCICIO 6.Un transformador monofásico tiene de valores nominales 6KV/690V/125KVA. Calcula las corrientes nominales del primario y secundario. ¿Con qué índice de carga trabaja el transformador si consume 60KW con cos+=0,8? EJERCICIO 7.¿Cuánta potencia nominal debe tener un transformador para alimentar a un motor de 1,5 KW/230V/50Hz/cos φ=0,8? EJERCICIO 8. En el ensayo de vacío de un transformador monofásico de 5 KVA obtenemos que reduce la tensión nominal de 400V a 237V y que consume una potencia de 20W. En el ensayo de cortocircuito observamos que la tensión del primario es de 16V y que consume una potencia de 430W. Obtén: a) la relación de transformación, las pérdidas de vacío y de cortocircuito. b) la tensión absoluta y relativa de cortocircuito. c) la potencia de pérdidas si no le conectamos ninguna carga. d) la potencia de pérdidas si le conectamos una carga de 2KW con cos+=0,8. e) el rendimiento del transformador en el caso c) y d). EJERCICIO 9. A un transformador de valores nominales 220V/660V/4KVA, conectamos el primario a una red de 220V/50Hz y el secundario a un motor de 2KW/660V/cos9=0,78. Calcula la corriente que consume el motor, y la que circulará por el secundario y por el primario. ¿Con qué índice de carga está trabajando? EJERCICIO 10. Tras medir en el ensayo de vacío de un transformador monofásico sus pérdidas de vacío en 50W y la tensión del primario y secundario en 226V y 28,7V, obtén: a) la resistencia de vacío. b) la intensidad de vacío. c) la relación de transformación. d) la intensidad consumida por el transformador si I2 vale cero.

EJERCICIO 11. Sabiendo que los transformadores conectados en paralelo suministran la potencia proporcionalmente a su potencia nominal. Un transformador de 100 kVA, 20000/400 V, 50 Hz y ucc=4 % se conecta en paralelo con otro transformador , de 50 KVA, 20000/400 V, 50 Hz, y ucc=4 %. La carga total que suministran los dos transformadores es de 120 KVA. Calcular qué carga suminsitra cada uno. EJERCICIO 12 Un transformador monofásico de 10 kVA, 6000/240 V, se conecta a una tensión alterna senoidal de 240 V, 50 Hz para el ensayo en vacío. Consume en el ensayo una corriente de intensidad 1,8 A y una potencia de 80 W. Calcular el factor de potencia en vacío. SOLUCION. 0,18. EJERCICIO 13 Una carga de 1875 KVA está alimentada por dos transformadores en paralelo, de 20000/400 V y tensión porcentual de cortocircuito de 6 %. Uno de ellos tiene de potencia nominal 800 KVA y el otro de 1250 KVA. Calcular la carga que suministra cada transformador. SOLUCION: P1= 731,71kVA , P2= 1143,29 kVA EJERCICIO 14. Se utiliza un transformador de tensión de 50 VA, 22000/110 V, conectado por el primario a una línea de alta tensión. Si la tensión secundaria es de 100 V y la impedancia total de los circuitos de medida conectados al secundario es de 315 Ω. Calcular: A) tensión del primario. B) Potencia aparente suministrada. SOLUCION. A) 20.000 V. B) 31,7 VA. EJERCICIO 15 Una industria tiene una potencia instalada de 1370 Kw. calcular: 1. Potencia necesaria en la alimentación para un factor de utilización global de 0,8 y un coeficiente de simultaneidad de 0,5. 2. Potencia aparente necesaria en el centro de transformación para un factor de potencia de 0,9 y un factor de ampliación de 1,3. SOLUCION P=548 kw. S=791,6 KVA. Transformador de 800 KVA. EJERCICIO 16. Calcular la potencia aparente del transformador necesario para alimentar una instalación que consume una potencia total de 960 kW con factor de simultaneidad de 0,4. El factor de potencia global de la instalación es de 0,9 y se prevé un aumento de potencia del 30 %. SOLUCION. 630 KVA EJERCICIO 17. Un transformador trifásico de 630 kVA. 20000 / 400 V, 50 Hz. Se ensaya en cortocircuito y para una intensidad igual a la nominal consume 6500 w. En el ensayo en vacío a la tensión nominal consume 1300 w. Calcular. Rendimiento a plena carga con factor de potencia unidad. SOLUCION: 98,77 %. EJERCICIO 18. En un cuadro de medida de un centro de transformación se utiliza un transformador de intensidad cuya potencia es de 30 VA, relación de transformación de intensidades 10/5 A, que se conecta por el primario a una línea de corriente alterna. Si por el secundario circulan 4,9 A, Calcular: A) Intensidad que circula por el primario. B) Impedancia

máxima de los circuitos de medida conectados al secundario para no sobrepasar la potencia de precisión del transformador. SOLUCION A) 9,8 A. B) 1,25 Ω EJERCICIO 19. Un autotransformador monofásico elevador de 127/220 V, 50 Hz funciona suministrando 2400 VA. Considerando el aparato ideal, calcular las intensidades que circulan en el devanado serie y común. SOLUCION I1= 18,9 A. I2 devanado serie= 10,9 A. Icomun = 8 A EJERCICIO 20. Un transformador trifásico ideal tiene una relación de transformación de 45. Si la tensión e intensidad de línea del primario son 15KV y 22A, respectivamente, calcula las tensiones e intensidades de línea del secundario si: a) están conectados en Yd, b) están conectados en Dd. EJERCICIO 21.Un transformador monofásico de 6KV/230V/25KVA tiene unas pérdidas de P0=300W y PCC=1600W. Si trabaja a media carga con un factor de potencia 0,8 inductivo, ¿Cuánta potencia activa transforma? ¿Cuánta potencia pierde en el hierro y en el cobre? Calcula el rendimiento. EJERCICIO 22. En una subestación eléctrica se cuenta con un transformador monofásico de 50KVA, que tiene una relación de transformación de 10000/230 voltios, y que alimenta a una carga cuya corriente es de 200 amperios y factor de potencia es de 0,85. Determinar la potencia de entrada, salida las perdidas en el transformador, si el rendimiento es de 85%.