1.- Introducción 2.- Aspectos constructivos 3.- Principio de funcionamiento de un transformador ideal 4.- Funcionamiento de transformador real 5.- Circuito equivalente de un transformador

1. 1
Jorge Patricio Muñoz Vizhñay

2. 2
1.- Introducción.
2.- Definiciones fundamentales
3.- Principio de funcionamiento de un transformador

3. 3
Transformador elementalTransformador elemental
Se utilizan en redes eléctricas para convertir
tensiones o voltajes (monofásicas o
trifásicas) en otros valores de mayor o menor
tensión e igual frecuencia.
El transformador ideal considera nula las
pérdidas de potencia y energía, con lo cual:
Potencia entrada ≅ Potencia salida
El número de espiras de las bobinas o
devanados son directamente proporcionales
a las tensiones e inversamente
proporcionales a las intensidades.
Cuando el transformador es elevador:
V2>V1; I2<I1
Cuando el transformador es reductor:
V2<V1; I2>I1
Los valores nominales que definen a un transformador son:
Potencia aparente (S), Tensiones (U), Corrientes (I) y frecuencia
(f)
Secundario
I1
I2
Núcleo de chapa
magnética aislada
Primario
Flujo magnético
Introducción
Es una máquina eléctrica estática destinada
a funcionar en corriente alterna, constituida
por dos arrollamientos, primario y secundario.

4. 4
El silicio (Si) incrementa la resistividad del material
y reduce las corrientes parásitas
En la construcción del núcleo se utilizan chapas
de acero aleadas con silicio (Si) de muy bajo
espesor (0,3 mm) aprox.
Aspectos
constructivos:
circuito magnético
Dispone de:
a) Núcleo
b) Devanados o bobinados
c) Sistema de refrigeración
d) Aisladores pasantes y otros elementos
Las chapas se aíslan mediante un tratamiento
químico (Carlite) y se obtiene por laminación en
frio: aumenta la permeabilidad.
El material más utilizado es la chapa de silicio de
grano orientado por la capacidad que tiene para
orientar el campo electromagnético sin que se
produzcan grandes calentamientos por perdidas.

5. 5
En los transformadores de gran potencia se intercalan
entre las chapas canales de ventilación para evacuar
el calor.
Aspectos
constructivos:
circuito magnético
Mediante este procedimiento se obtienen factores de relleno del 95-98%
Otro aspecto característico constituyen las secciones
transversales de las columnas. En transformadores
pequeños se construyen en forma cuadrada y en
mayores potencias con la bobina circular la sección es
tipo "cruciforme ".

6. Aspectos
constructivos:
circuito magnético
Montaje de láminas de silicio en un transformador de
pequeña potencia.

7. 7
1
2
3
4
5
El núcleo puede
tener sección
cuadrada. Pero
es más frecuente
aproximarlo a la
circular
Montaje chapas
núcleo
Corte a 90ºCorte a 90ºCorte a 90ºCorte a 90º Corte a 45ºCorte a 45ºCorte a 45ºCorte a 45º
Aspectos
constructivos:
circuito magnético

8. 1
2
3
4
5
Aspectos
constructivos:
circuito magnético
Montaje de láminas de silicio en un transformador

9. 9
Fabricación núcleo:Fabricación núcleo:
chapas magnéticaschapas magnéticas
Aspectos
constructivos:
circuito magnético

10. 10
600-5000 V
4,5 - 60 kV
> 60 kV
Diferentes formas constructivas de devanados segúnDiferentes formas constructivas de devanados según
tensión y potenciatensión y potencia
Se realizan mediante conductores de cobre en forma de hilos
redondos para diámetros inferiores a 4 mm y sección rectangular
para mayores secciones.
Los conductores de los devanados están aislados entre sí con una
capa de barniz para secciones circulares o con fibra de algodón o
cinta de papel impregnado en aceite para secciones (pletinas)
rectangulares.
Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos

11. 11
Estructura deEstructura de
devanados dedevanados de
transformadorestransformadores
Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos
Los devanados pueden ser concéntricos o alternados.
Los devanados concéntricos tienen forma de cilindros coaxiales, el de BT generalmente
esta más cercano del núcleo por la facilidad de aislar.
En los devanados alternados se subdividen en secciones o "galletas" de tal forma que
las partes de AT y BT se suceden alternativamente.

12. 12
EstructuraEstructura
devanados:devanados:
transformadortransformador
monofásicomonofásico
Núcleo con 2Núcleo con 2
columnascolumnas
Núcleo con 3Núcleo con 3
columnascolumnas
SecundariSecundari
oo
PrimarioPrimario
PrimarioPrimario
SecundarioSecundario AislanteAislante
ConcéntricoConcéntrico
SecundariSecundari
oo
AislanteAislante
PrimarioPrimario
PrimarioPrimario
AislanteAislante
AlternadoAlternado
SecundariSecundari
oo
Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos

13. 13
EstructuraEstructura
devanados:devanados:
transformadortransformador
trifásicotrifásico
Núcleo con 3 columnasNúcleo con 3 columnas
PrimarioPrimario
SecundarioSecundario
AislanteAislante
Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos
Núcleo acorazadoNúcleo acorazado

14. 14
Fabricación núcleo:Fabricación núcleo:
chapas magnéticaschapas magnéticas
Bobinado deBobinado de
conductores:conductores:
devanadosdevanados
Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos

15. 15
Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos

16. 16
Aspectos constructivos:
devanados y aislamientos

17. 17
11 NúcleoNúcleo
1’1’ PrensaculatasPrensaculatas
22 DevanadosDevanados
33 CubaCuba
44 Aletas refrigeraciónAletas refrigeración
55 AceiteAceite
66 Depósito expansiónDepósito expansión
77 Aisladores (BT y AT)Aisladores (BT y AT)
88 JuntaJunta
99 ConexionesConexiones
1010 Nivel aceiteNivel aceite
1111 - 12- 12 TermómetroTermómetro
13 - 1413 - 14 Grifo de vaciadoGrifo de vaciado
1515 Cambio tensiónCambio tensión
1616 Relé BuchholzRelé Buchholz
1717 Cáncamos transporteCáncamos transporte
1818 Desecador aireDesecador aire
1919 Tapón llenadoTapón llenado
2020 Puesta a tierraPuesta a tierra
Aspectos
constructivos:
refrigeración

18. 18
Aspectos constructivos:
Relé Buchholz
El relé Buchholz es un dispositivo que se monta en algunos transformadores (de potencia) en
baño de aceite que van equipados con un depósito externo de expansión en su parte superior.
El relé Buchholz se usa como dispositivo de protección contra fallos del dieléctrico en el interior
del equipo por la descomposición química del aceite. Los gases que fluyen hacia el
conservador de aceite o la onda expansiva generada por la formación rápida de gases activa el
sistema de alarma del relé de Buchholz.
Si el nivel de aceite en el conservador queda por debajo de un valor determinado o sea si el
conservador pierde aceite, el relé de Buchholz toma la función de un indicador del nivel de
aceite.

19. 19
Aspectos
constructivos:
refrigeración
Para transformadores de pequeñas potencias, la superficie externa
es suficiente para evacuar el calor lo que da lugar a transformadores
secos.
Para potencias elevadas se emplea el transformador sumergido en
aceite teniendo la doble misión de refrigerar y aislar.
El aceite mineral procede de un subproducto de la destilación
fraccionada del petróleo.

20. 20
Aspectos
constructivos:
refrigeración
El aceite puede experimentar un proceso de envejecimiento lo que
indica que se oxida y polimeriza notándose la presencia de lodo,
proceso activado por la temperatura, la humedad y el contacto con el
oxígeno del aire.
Para evitar la entrada de humedad se coloca en el transformador un
desecador de cloruro cálcico o un gel de sílice.

21. 21
Aspectos
constructivos:
refrigeración
El bifenilo ploriclorado (PCB) es un aceite de compuesto químico
formado por cloro, carbón e hidrógeno. El PCB es resistente al
fuego, muy estable, no conduce electricidad y tiene baja volatilidad a
temperaturas normales. Éstas y otras características han hecho ideal
para los transformadores. Pero estas cualidades hacen al PCB
peligroso para el ambiente, especialmente su resistencia extrema a
la ruptura química y biológica a través de procesos naturales.

22. 22
Aspectos
constructivos:
refrigeración
Estudios del PCB determinan los efectos que produce en la
salud de los seres humanos. Los científicos convienen en que es
poco probable que la baja exposición a los PCBs, a corto plazo,
genere lesiones serias. Sin embargo, la mayoría coincide sobre
los efectos adversos provocados por la exposición a largo plazo,
incluso en concentraciones bajas.

23. 23
Transformadores en baño de
aceite
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos
Un transformador en baño de aceite con circulación natural por convección refrigerado
por aire con movimiento natural se designa ONAN. Si el movimiento del aire se hace con
ventiladores se denomina ONAF.

24. 24
Transformador seco
OFAF
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos

25. 25
5 MVA5 MVA
Baño deBaño de
aceiteaceite
2,5 MVA2,5 MVA
Baño de aceiteBaño de aceite
1,250 MVA1,250 MVA
Baño de aceiteBaño de aceite
10 MVA10 MVA
Sellado con NSellado con N22
10 MVA10 MVA
Sellado con NSellado con N22
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos

26. 26
10 MVA10 MVA
Sellado con NSellado con N22
10 MVA10 MVA
Sellado con NSellado con N22
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos
El aceite circula alrededor de los devanados hacia los radiadores donde el calor es
cedido al exterior.
Para potencias elevadas, se pasa aire forzado producido por ventiladores sobre los
radiadores.
En transformadores de varios MVA’s se puede refrigerar mediante un intercambiador de
calor aceite-agua. El aceite caliente se bombea a través de un serpentín en contacto con
el agua fría.

27. 27
Banco trifásico de tres transformadores monofásicos con uno de reserva.
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos

28. 28
Secciones de transformadores en aceite y secosSecciones de transformadores en aceite y secos
Seco
En aceite
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos
Seco

29. 29
Secciones de transformadores secosSecciones de transformadores secos
Seco
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos

30. 30
Transformador seco
OFAF
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos

31. 31
Transformador seco
OFAF
Aspectos constructivos:
transformadores
trifásicos

32. 32
Transformador seco
Aspectos constructivos:
aisladores pasantes
Los bornes de los transformadores de media tensión se llevan al exterior de la cuba
mediante unos aisladores pasantes (pasatapas) de porcelana, rellenos de aire o aceite.
Los pasatapas (aisladores) de AT y BT en un transformador se distinguen por su altura.

33. 33
Transformador seco
Aspectos constructivos:
aisladores pasantes
Los bornes de los transformadores de media tensión se llevan al exterior de la cuba
mediante unos aisladores pasantes (pasatapas) de porcelana, rellenos de aire o aceite.
Los pasatapas (aisladores) de AT y BT en un transformador se distinguen por su altura.

34. 34
Transformador seco
Aspectos constructivos:
aisladores pasantes
Los bornes de los transformadores de media tensión se llevan al exterior de la cuba
mediante unos aisladores pasantes (pasatapas) de porcelana, rellenos de aire o aceite.
Los pasatapas (aisladores) de AT y BT en un transformador se distinguen por su altura.

35. 35
Transformador seco
Aspectos constructivos:
aisladores pasantes
Los bornes de los transformadores de media tensión se llevan al exterior de la cuba
mediante unos aisladores pasantes (pasatapas) de porcelana, rellenos de aire o aceite.
Los pasatapas (aisladores) de AT y BT en un transformador se distinguen por su altura.

36. 36
Transformador seco
Aspectos constructivos:
potencias comerciales
Monofásicos
(kVA)
Trifásicos
(kVA)
5 15
10 25
15 30
25 45
37,5 50
50 75
75 100
112,5
Transformadores de DistribuciónTransformadores de Distribución
Monofásicos
(kV)
Trifásicos
(kV)
13,2 / √3 13,2
13,8 / √3 13,8
22 / √3 22
2 x 120 V (BT) 3x210 V o 3 x 220 V (BT)

37. 37
Transformador seco
Aspectos constructivos:
potencias comerciales
Placas de Transformadores de DistribuciónPlacas de Transformadores de Distribución

38. 38
Transformador seco
Aspectos constructivos:
potencias comerciales
Símbolos empleados para designar un transformadorSímbolos empleados para designar un transformador

39. 39
Transformador seco
V2(t)V2(t)
V1(t)V1(t)
I0(t)
I2(t)=0
e1(t)e1(t)
e2(t)e2(t)
φ (t)φ (t)
R devanados = 0R devanados = 0
Principio de funcionamiento
de un transformador ideal en vacío
Debido a la variación periódica del flujo se crean fem’s inducidas en los arrollamientos
que de acuerdo a la ley de Faraday se tiene:
dt
dφ
Ne
dt
dφ
Ne
22
11
=
=
El transformador ideal asume lo
siguiente:
1)Los devanados tienen resistencias
óhmicas despreciables lo que no hay
pérdidas Joule y no existen caídas de
tensión resistivas.
2)No existen flujos de dispersión y todo
el flujo magnético esta confinado en el
núcleo enlazando el devanado primario
y secundario.

40. 40
Transformador seco
V2(t)V2(t)
V1(t)V1(t)
I0(t)
I2(t)=0
e1(t)e1(t)
e2(t)e2(t)
φ (t)φ (t)
R devanados = 0R devanados = 0
Principio de funcionamiento
de un transformador ideal en vacío
e1(t) representa la fcem porque se opone a
la tensión aplicada U1(t) y limita la
corriente del primario.
e2(t) representa la fem inducida por efecto
del primario.
Se parte de un flujo senoidal:
Derivando y reemplazando:
Lo que indica que las tensiones y fem´s van adelantadas 90 respecto al flujo, siendo sus
valores eficaces.
Dividiendo una expresión para la otra resulta: m
N
N
E
E
V
V
2
1
2
1
2
1
===
m2
m2
22
m1
m1
11
φN*f*4,44
2
ωφN
EV
φN*f*4,44
2
ωφN
EV
===
===
tcosωωφNve
tcosωωφNev
m222
m111
∗==
∗==
)90tcos(wφtsenωφφ o
mm −∗=∗=

41. V2(t)V2(t)
V1(t)V1(t)
I0(t)
I2(t)=0
e1(t)e1(t)
e2(t)e2(t)
φ (t)φ (t)
R devanados = 0R devanados = 0
Principio de funcionamiento
de un transformador ideal en vacío
El transformador ideal sin carga o en vacío se comportará como una bobina con núcleo
de hierro, en este caso el transformador absorberá una corriente de vacío I0. La
corriente I0 forma un ángulo φ0 con la tensión aplicada V1. De esta manera la potencia
absorbida en vacío P0, será igual a las pérdidas en el hierro PFe, cumpliéndose:
001Fe0 cosIVPP ϕ==

42. V2(t)V2(t)
V1(t)V1(t)
I0(t)
I2(t)=0
e1(t)e1(t)
e2(t)e2(t)
φ (t)φ (t)
R devanados = 0R devanados = 0
Principio de funcionamiento
de un transformador ideal en vacío
La I0 tiene dos componentes, una activa IFe y otra
reactiva Iᵤ
IFe
IFe
Iµ
Iµ
V1=E1
V1=E1
V2=E2
V2=E2

43. 43
V2(t)V1(t)
I1(t) I2(t)
P2P1
P=0
Considerando el transformador
ideal donde la conversión se
realiza sin pérdidas:
Pot entrada ≅ Pot salida
P1 ≅ P2
V1*I1 = V2*I2
P1 ≅ P2
V1*I1 = V2*I2
Considerando que la tensión del
secundario con carga es la
misma que en vacío:
V2vacío ≅ V2carga
Las relaciones de
tensiones y
corrientes son
INVERSAS
El transformador no modifica la potencia que se transfiere, tan
solo altera la relación entre tensiones y corrientes
φ (t)φ (t)
Principio de funcionamiento
Relación entre corrientes
1
2
2
1
I
I
V
V
m ==
m
I
I 2
1 =

44. 44
V2(t)V1(t)
I1(t) I2(t)
P2P1
Pnúcleo
Considerando las pérdidas en el
transformador, la corriente primaria
será:
Principio de funcionamiento
Relación entre corrientes
φ (t)φ (t)
m
2
0201
I
IIII +=+= ,
Ecuación que expresa la relación
entre la corriente primaria I1, de vacío
I0 y secundaria I2.
La corriente I1 tiene dos componentes:
1.La corriente de excitación o vacío I0 produce el flujo magnético en el núcleo y vence las
pérdidas a través de sus componentes IFe e Iᵤ.
2.La corriente de carga I2’ que equilibra o contrarresta la acción desmagnetizante de la fmm
secundaria para que el flujo en el núcleo permanezca constante e independiente de la carga.

45. 45
φ (t)
Flujo de dispersión: se cierra por el
aire
V2V1
I2(t)=0I0
Representación simplificada del flujo
de dispersión en el devanado
primario.
El flujo producido por la bobina se
reparte en una parte en el aire y otra
en el núcleo.
Representación simplificada del flujo
de dispersión en el devanado
primario.
El flujo producido por la bobina se
reparte en una parte en el aire y otra
en el núcleo.
En vacío no circula
corriente por el
secundario y, por tanto,
no produce flujo de
dispersión.
En vacío no circula
corriente por el
secundario y, por tanto,
no produce flujo de
dispersión.
En serie con el
bobinado primario
se colocará una
resistencia interna
del devanado y
una reactancia de
dispersión que
será la que genere
el flujo de
dispersión.
En serie con el
bobinado primario
se colocará una
resistencia interna
del devanado y
una reactancia de
dispersión que
será la que genere
el flujo de
dispersión.
I2=0
V2V1
φ (t)
I0 R1 Xd1
Flujo de
dispersión
Resistencia
interna
e1(t)
Principio de funcionamiento
de un transformador real
)jX(RIEeIjXIRV d110110d1011 ++=+∗+∗=

46. 46
V1
φ (t)
I1
R1 Xd1
Flujo deFlujo de
dispersióndispersión
ResistenciResistenci
aa
internainterna
e1(t) V2
R2
ResistenciResistenci
aa
internainterna
Xd2
Flujo deFlujo de
dispersióndispersión
I2e2(t)
El bobinado secundario del transformador presentará una resistencia interna y una reactancia
de dispersión como el primario. Donde e1 y e2 son las fem’s, resulta E1 y E2 en valores eficaces
(donde øm es el flujo máximo que circula por le circuito magnético):
Principio de funcionamiento
de un transformador real con carga
m2
m1
φNf4,44
φNf4,44
∗∗∗=
∗∗∗=
2
1
E
E
2222
1111
IIEV
IIEV
∗−∗−=
∗+∗+=
22
11
jXR
jXRA Xd1 y Xd2 se ha denominado con X1 y X2
denominadas reactancias de dispersión.
dt
dφ
Ne
dt
dφ
Ne
22
11
=
=

47. 47
V1
φ (t)
I1
R1 X1
Flujo deFlujo de
dispersióndispersión
ResistenciResistenci
aa
internainterna
e1(t) V2
R2
ResistenciResistenci
aa
internainterna
X2
Flujo deFlujo de
dispersióndispersión
I2e2(t)
Principio de funcionamiento
de un transformador real con carga
22
11
EV
EV
≈
≈
m
N
N
E
E
2
1
2
1
==
m
V
V
2
1
≈
La relación entre los valores
eficaces será:
Las caídas de tensión a plena carga en las
resistencias y reactancias parásitas son muy
pequeñas del orden del 1,0 al 10% de V1 por lo
que las relaciones se convierten en:

48. 48
Se tiene la ventaja de desarrollar circuitos eléctricos equivalentes de máquinas
eléctricas para aplicar el potencial de la teoría de los circuitos eléctricos.
El circuito equivalente se inicia reduciendo ambos devanados al mismo número de
espiras. Generalmente se reduce el secundario al primario y se marca a los elementos
del secundario referido al primario con una tilde.
X1
V2’V1
R1 R2’X2’
I2’
I1
Xµ
Iµ
RFe
IFe
I0
Circuito equivalente de un transformador realCircuito equivalente de un transformador real
Circuito equivalente
22 VmV ∗=,
m
I
I 2
2 =,
2
2
2 RmR ∗=,
2
2,
2 XmX ∗= L
2,
L ZZ ∗= m

49. 49
X1
V2’V1
R1
R2’=m2
R2X2’=m2
X2
I2’
I1
Xµ
Iµ
RFe
IFe
I0
Circuito equivalente de un transformador realCircuito equivalente de un transformador real
El circuito equivalente
permite calcular todas las
variables incluidas pérdidas
y rendimiento.
Los elementos del
circuito equivalente se
obtienen mediante
ensayos o pruebas.
Una vez resuelto el circuito
equivalente los valores reales
del lado secundario pueden
ser obtenidos pasando del
primario al secundario con la
relación de transformación.
Circuito equivalente
La importancia de la reducción de los devanados al haber elegido la igualdad N 2’=N1
radica en que se puede obtener el transformador sin función de transformación, es decir
se sustituye los devanados acoplados magnéticamente por un circuito eléctrico acoplado
eléctricamente.

50. 50
Circuito equivalente
En la práctica, debido al reducido valor de I0 frente a las corrientes I1 e I2 se suele
trabajar con un circuito equivalente aproximado que se obtiene trasladando la rama en
paralelo a los bornes de entrada del primario.
Circuito equivalente aproximado de unCircuito equivalente aproximado de un
transformador reducido al primariotransformador reducido al primario
R1
R1 X1
X1 R2
’R2
’
X2
’X2
’
V1
V1
V2’V2’
I1
I1
I2’I2’I0
I0

51. 51
Circuito equivalente
De esta manera el circuito resultante tendrá una impedancia serie: R cc + j Xcc (resistencia
y reactancia de cortocircuito).
Circuito equivalente aproximado de unCircuito equivalente aproximado de un
transformador reducido al primariotransformador reducido al primario
Rcc
Rcc Xcc
Xcc
V1
V1 V2’V2’
I1(t)I1(t)
I2’(t)I2’(t)I0
I0
'
21cc
'
21cc
XXX
RRR
+=
+=