Qué es un transformador de potencial: construcción, tipos y aplicaciones

Los transformadores son dispositivos electromagnéticos pasivos que funcionan según el principio de inducción electromagnética, que transfiere energía eléctrica magnéticamente de un circuito a otro circuito. Consta de dos bobinas, una primaria y otra secundaria. Los dos devanados (bobinas) están acoplados magnéticamente entre sí sin ningún núcleo magnético y separados eléctricamente. El transformador transmite energía eléctrica (voltaje/corriente) de un devanado a otro (bobina) por inducción mutua. No hay cambio en la frecuencia durante la transformación de la energía. Los transformadores se clasifican en dos tipos según la construcción del núcleo como transformador de núcleo y transformador de carcasa. Basados ​​en la conversión del nivel de voltaje y las ganancias, son transformadores elevadores y transformadores reductores. Hay diferentes tipos de transformadores que se utilizan en los circuitos de CA, como transformadores de potencia, transformadores de potencial, transformadores trifásicos y autotransformadores.


¿Qué es un transformador de potencial?

Definición: Los transformadores potenciales también se denominan transformadores reductores o transformadores de voltaje o transformadores de instrumentos, en los que el voltaje de un circuito se reduce a un voltaje más bajo para la medición. El dispositivo electromagnético utilizado para la transformación del voltaje más alto del circuito en un voltaje más bajo se llama transformador de potencial. La salida de un circuito de bajo voltaje se puede medir usando voltímetros o vatímetros. Estos son capaces de aumentar o disminuir los niveles de voltaje de un circuito, sin cambiar su frecuencia y devanados. El principio de funcionamiento, la construcción de un transformador potencial es similar al transformador de potencia y al transformador convencional.

Transformador de potencial

Diagrama de circuito de transformador potencial

El transformador de potencial consta de un devanado primario con más vueltas y un devanado secundario con menos vueltas. El alto voltaje de CA de entrada se suministra al devanado primario (o se conecta al circuito de alto voltaje que se va a medir). El voltaje de salida más bajo se toma a través del devanado secundario usando un voltímetro. Los dos devanados están acoplados magnéticamente entre sí sin ninguna conexión entre ellos.

Construcción de un transformador de potencial.

Diagrama de circuito de transformador potencial
Diagrama de circuito de transformador potencial

Los transformadores de potencial están construidos con alta calidad para operar a baja densidad de flujo, baja corriente magnética y carga minimizada. En comparación con un transformador convencional, utiliza conductores grandes y un núcleo de hierro. Se puede diseñar como un tipo de núcleo y un tipo de carcasa para garantizar la máxima precisión. Por lo general, se prefieren los transformadores de potencial de tipo núcleo para transformar alta tensión en baja tensión.

Utiliza devanados coaxiales para reducir la reactancia de fuga. Como los transformadores de potencial funcionan con alto voltaje, el devanado primario de alto voltaje se divide en pequeñas secciones de espiras/bobinas para reducir el costo y el daño del aislamiento. El cambio de fase entre un voltaje de entrada y un voltaje de salida debe monitorearse cuidadosamente para mantener un voltaje más bajo al variar la carga. Devanados cubiertos con batista y cinta de algodón para reducir el costo del aislamiento.

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Se utilizan separadores de fibra dura para separar las bobinas. Los casquillos llenos de aceite se utilizan para conectar transformadores de potencial de alto voltaje (por encima de 7 KV) a las líneas principales. El devanado primario de un transformador de potencial tiene un gran número de vueltas mientras que el devanado secundario tiene menos vueltas. El multímetro o voltímetro se utiliza para medir el voltaje de salida más bajo.

Transformador de potencial trabajando

El transformador de potencial conectado al circuito de potencia cuya tensión se va a medir se conecta entre fase y tierra. Esto significa que el devanado primario de un transformador de potencial está conectado al circuito de alto voltaje y el devanado secundario de un transformador está conectado a un voltímetro. Debido a la inducción mutua, los dos devanados están acoplados magnéticamente entre sí y funcionan según el principio de la inducción electromagnética.

El voltaje disminuido se mide a través del devanado secundario contra el voltaje a través del devanado primario usando un multímetro o voltímetro. Debido a la alta impedancia en el transformador de potencial, la pequeña corriente fluye a través del devanado secundario y funciona de manera similar al transformador ordinario con carga cero o baja. Por lo tanto, este tipo de transformadores operaban en un rango de voltaje de 50 a 200 VA.

Según el transformador convencional, la relación de transformación es

V2 = N1/N2

‘V1’= tensión del devanado primario

‘V2’ = tensión del devanado secundario

‘N1’= número de vueltas en el devanado primario

‘N2’= número de vueltas en el devanado secundario

El alto voltaje de un circuito se puede determinar usando la ecuación anterior.

Tipos de transformadores de tensión o de potencial

Según la función de un transformador de potencial, hay dos tipos,

  • Transformadores de tensión de medida
  • Transformadores de tensión de protección

Están disponibles en monofásicos o trifásicos y funcionan con la máxima precisión. Estos se utilizan para operar y controlar dispositivos de medición, relés y otros dispositivos. Según la construcción, hay

Transformadores de potencial electromagnético

Estos son similares al transformador primario donde los devanados primario y secundario están enrollados en un núcleo magnético. Funciona con una tensión superior o inferior a 130KV. El devanado primario está conectado a fase y el devanado secundario está conectado a tierra. Se utilizan en circuitos de medición, relés y alta tensión.

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Transformadores de potencial capacitivos

Estos también se conocen como divisores de potencial capacitivos o transformadores de potencial capacitivos de tipo acoplamiento o tipo buje. La serie de condensadores está conectada al devanado primario o al devanado secundario. Se mide el voltaje de salida a través del devanado secundario. Se utiliza para fines de comunicación por línea eléctrica y es más caro.

Transformador de potencial
transformador de potencial capacitivo

Errores en Transformadores de Potencial

En el transformador primario, la tensión de salida en el devanado secundario es exactamente proporcional a la tensión en el transformador secundario. En los transformadores de potencial, las caídas de tensión debidas a la reactancia y la resistencia en el primario y secundario, así como al factor de potencia en el secundario, provocan errores de cambio de fase y errores de tensión.

Diagrama de fases
diagrama de fases

El diagrama fasorial anterior explica los errores en los transformadores de potencial.

‘Is’ – corriente secundaria

‘Es’ – fem inducida en devanado secundario

‘Vs’ – voltaje a través del devanado secundario

‘Rs’ – resistencia del devanado secundario

‘Xs’ – reactancia del devanado secundario

‘Ip’ – Corriente primaria

‘Ep’ – fem inducida del devanado primario

‘Vp’ – tensión en el devanado primario

‘Rp’ – resistencia de devanado del devanado primario

‘Xp’ – reactancia de devanado del devanado primario

‘Kt’ – relación de vueltas

‘Io’ – corriente de excitación

‘Im’ – corriente magnetizante de Io

‘Iw’ – componente de pérdida de núcleo de Io

‘Φm’ – flujo magnético

‘Β’ – error de ángulo de fase

El voltaje primario inducido por EMF es el sustracción de las caídas de resistencia y reactancia (IpXp, IpRp) de la tensión primaria Vp. El voltaje cae debido a la reactancia y la resistencia del devanado primario.

El EMF inducido en el primario se transforma en el secundario por inducción mutua y forma el EMF inducido en el secundario Es. El voltaje de salida a través del devanado secundario debido a la caída en la fem a través de la resistencia y la reactancia es Vs. El voltaje de salida en el secundario se obtiene restando las caídas de reactancia y resistencia (IsXs, IsRs) de la FEM inducida en el secundario Es.

Tomemos la corriente principal como referencia. La corriente en el primario Ip se obtiene de la suma vectorial de la corriente de excitación Io y la corriente inversa del secundario Is, que se multiplica por 1/Kt. Vp es la tensión primaria aplicada del transformador de potencial.

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Ip = (Io + Is)/Kt

Informar error

Si la relación de transformación de potencial normal difiere de la relación de transformación de potencial real debido a las caídas de resistencia y reactancia, se produce un error de relación.

error de voltaje

Si hay una diferencia entre el voltaje ideal y el voltaje real, se produce el error de voltaje. El porcentaje de error de voltaje es

[(Vp – Kt Vs)/Vp] x100

Error de ángulo de fase

Si hay una diferencia entre el ángulo de fase entre el voltaje primario ‘Vp’ y el voltaje secundario inverso, se produce el error de ángulo de fase.

Causas de errores

Debido a la impedancia interna, la tensión cae en el primario y se transforma en proporción a su relación de espiras y su devanado secundario. Del mismo modo, sucede lo mismo en el devanado secundario.

Reducción de errores

Los errores potenciales del transformador se pueden reducir o evitar mejorando la precisión del diseño, las magnitudes de resistencia y reactancia de los devanados primario y secundario, y la magnetización mínima del núcleo.

Aplicaciones de los transformadores de potencial

Las nominaciones son

  • Utilizado en circuitos de medición y relé
  • Usos en circuitos de comunicación por línea eléctrica
  • Utilizado en sistemas de protección eléctrica.
  • Se utiliza para proteger los comederos.
  • Utilizado para protección de impedancia en generadores.
  • Utilizado en la sincronización de generadores y alimentadores.
  • Utilizado como transformadores de tensión de protección

preguntas frecuentes

1). ¿Cuál es el transformador de potencial?

Los transformadores potenciales también se denominan transformadores reductores o transformadores de voltaje o transformadores de instrumentos, en los que el voltaje de un circuito se reduce a un voltaje más bajo para la medición.

2). ¿Cuáles son los tipos de transformadores de potencial?

Transformadores de Potencial Capacitivo y Transformadores de Potencial Electromagnético

3). ¿Cuáles son los errores en los transformadores de potencial?

Errores de relación, errores de voltaje, errores de ángulo de fase

4). ¿Para qué se utiliza un transformador de potencial?

Para reducir el voltaje superior al voltaje inferior de un circuito de potencia para la medición.

5). ¿Cuáles son otras formas de transformadores de potencial?

Transformador reductor o Transformador de instrumento

Por lo tanto, el funcionamiento, la construcción, los errores y las aplicaciones de los transformadores de potencial se analizan anteriormente. El propósito del transformador potencial es convertir alto voltaje en bajo voltaje. Aquí hay una pregunta para usted, «¿cuáles son los pros y los contras de los transformadores potenciales?»

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