Transformadores

Electrotecnia Tema 7: Transformadores

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TEMA 7

TRANSFORMADORES

VII.1 Transformador monofásico

VII.2 Transformador real I

VII.3 Transformador real II

VII.4 Transformador trifásico

VII.5 Estructura del sistema eléctrico

Cuestiones

Electrotecnia Tema 7: Transformadores

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VII.1 TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

Un transformador es una máquina eléctrica estática capaz de convertir una

corriente alterna en otra corriente alterna de diferente tensión e intensidad.

Un transformador está compuesto por un núcleo de hierro con dos arrollamientos

o devanados separados y aislados entre sí, denominados primario y secundario.

Al conectar el devanado primario a una corriente alterna monofásica, se establece

un flujo magnético alterno dentro del núcleo. Este flujo atraviesa el devanado secundario

induciendo una fuerza electromotriz en el devanado secundario. A su vez, al circular

corriente alterna en el secundario, se contrarresta el flujo magnético, induciendo sobre el

primario una fuerza contraelectromotriz.

Desde el punto de vista energético, un transformador convierte energía eléctrica

en magnética en el primario, y en el secundario convierte energía magnética en eléctrica.

El primario se comporta como un receptor y el secundario como un generador.

Como el flujo circulando por el núcleo en único, las tensiones del primario y

secundario (fuerza contraelectromotriz y electromotriz respectivamente) son

proporcionales al número de vueltas da cada arrollamiento:

t

V N

D

D

= − ×

f

1 1

t

V N

D

D

= − ×

f

2 2 despejando obtenemos: m

N

N

V

V

= =

2

1

2

1

donde V1 y V2 son las tensiones en el primario y secundario y N1 y N2 son el número de

vueltas en el primario y secundario.

A la relación entre el número de vueltas en el primario y el secundario la

llamamos relación de transformación, y la representamos con la letra m.

Si el transformador fuese ideal y no tuviese pérdidas, la potencia eléctrica

consumida en el primario sería igual a la generada en el secundario, y puesto que el flujo

magnético y las corrientes están en fasej1 =j2 =j (osea, que se mantiene el desfase):

cosj cosj 1 2 1 × 1 × = 2 × 2 × P = P
V I V I y por tanto:

1

2

2

1

2

1

I

I

m

N

N

V

V

= = =

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De esta fórmula deducimos que si el transformador es reductor, es decir que

reduce la tensión, la corriente aumenta, y si es elevador, la tensión aumenta y la corriente

disminuye.

Resumiendo, un transformador es una máquina que sirve para variar la tensión de

una corriente alterna, variando también la intensidad, dejando la misma frecuencia y

desfase. Hay que destacar que un transformador no sirve para corriente continua.

Ejercicio 1: 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?

Un autotransformador es un transformador con una sola bobina intermedia, en

el que el primario y el secundario tienen partes comunes. Al tener sólo una bobina son

más baratos, ligeros y tienen mayor rendimiento. Sólo se utilizan cuando no hay mucha

diferencia entre el primario y el secundario.

Existen los autotransformadores regulables, donde ajustando las espiras del

secundario regulamos la relación de transformación y por tanto la tensión de salida.

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EJERCICIOS VII.1: Transformador monofásico

Alumno: Grupo:

1.- Un trasformador monofásico ideal convierte de 400V a 24V de corriente alterna.

¿Qué relación de transformación tiene el transformador? ¿Qué corriente habrá en el

secundario si por el primario pasan 1,35A?

2.- Un transformador monofásico ideal tiene 2000 espiras en el arrollamiento

primario y 50 espiras en el arrollamiento secundario. ¿Qué tensión aparece en el

secundario si aplicamos una tensión de 15 KV en el primario? Determina si es un

transformador reductor o elevador.

3.- 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?

4.- Calcula la lectura de los dos amperímetros:

5.- Un autotransformador reductor tiene un bobinado principal con 500 espiras al

que la aplicamos 230V. ¿Cuántos arrollamientos utilizaremos para de dicho

bobinado para obtener 55V en el secundario?

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VII.2 TRANSFORMADOR REAL I

Un transformador real se diferencia de un transformador ideal en que tiene unas

pérdidas internas. Estas pérdidas hacen que se pierda tensión e intensidad según la carga

que apliquemos al transformador. Sin embargo, a pesar de que externamente no se

cumpla rigurosamente la relación de transformación para las tensiones e intensidades, sí

que mantiene la relación de tensiones internas (fem y fcem). Puesto que las pérdidas son

pequeñas, matemáticamente expresamos:

1

2

2

1

2

1

I

I

V

V

fem

fcem

m = » »

Además, un transformador real, como toda máquina real, está preparada para

trabajar por debajo de unos valores máximos de potencia, tensión e intensidad, llamados

valores nominales. Así, definimos la tensión nominal del primario y del secundario (V1N

y V2N) como la tensión de trabajo que es capaz de soportar el aislamiento, y la intensidad

...