Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

CAPÍTULO
2
Transformadores
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
• Entender el propósito de un transformador en un sistema de
potencia.
• Conocer las relaciones entre voltaje, corriente e impedancia a
través de los devanados de un transformador ideal.
• Entender cómo los transformadores reales se aproximan a la
operación de un transformador ideal.
• Poder explicar cómo se modelan las pérdidas en cobre, el flujo
magnético de fuga, la histéresis y las corrientes parásitas en
circuitos equivalentes de transformadores.
• Usar un circuito equivalente de transformador para determinar
las transformaciones de voltaje y corriente a través de un
transformador.
• Poder calcular las pérdidas y la eficiencia de un transformador.
• Poder deducir el circuito equivalente de un transformador a
partir de mediciones.
• Entender el sistema de mediciones por unidad.
• Poder calcular la regulación de voltaje de un transformador.
• Entender el autotransformador.
• Comprender los transformadores trifásicos, incluyendo casos
especiales en los que sólo se usan dos transformadores.
• Entender las capacidades nominales de los transformadores.
• Entender transformadores instrumentales: transformadores de
potencial y transformadores de corriente.
Un transformador es un dispositivo que cambia la potencia eléctrica alterna con un nivel de voltaje
a potencia eléctrica alterna con otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magnético.
Consta de dos o más bobinas de alambre conductor enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético
común. Estas bobinas (normalmente) no están conectadas en forma directa. La única conexión
entre las bobinas es el flujo magnético común que se encuentra dentro del núcleo.
Uno de los devanados del transformador se conecta a una fuente de energía eléctrica alterna y
el segundo (y quizá el tercero) suministra energía eléctrica a las cargas. El devanado del transformador
que se conecta a la fuente de potencia se llama devanado primario o devanado de entrada, y el
devanado que se conecta a la carga se llama devanado secundario
o devanado de salida. Si hay un tercer devanado en el transformador,
se llama devanado terciario.
2.1 POR QUÉ SON IMPORTANTES
LOS TRANSFORMADORES
EN LA VIDA MODERNA
El primer sistema de distribución de potencia que se usó en Estados
Unidos fue uno de corriente directa de 120 V inventado por
Thomas Alva Edison para suministrar potencia a las bombillas
incandescentes. La primera central de potencia de Edison entró
en operación en la ciudad de Nueva York en septiembre de 1882.
Desafortunadamente, este sistema de potencia generaba y transmitía
potencia a tan bajos voltajes que se requerían corrientes muy
altas para suministrar cantidades significativas de potencia. Estas
corrientes altas ocasionaban enormes caídas de voltaje y pérdidas
de potencia en las líneas de transmisión y restringían mucho el
FIGURA 2-1 El primer transformador moderno práctico,
construido por William Stanley en 1885. Nótese que el núcleo está
elaborado con hojas individuales de metal (láminas). (Cortesía de
General Electric Company.)