TRANSFORMADOR El transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético.

TRANSFORMADOR •

El transformador Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferro-magnético. 1. El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de entrada. 2. El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se denomina arrollamiento de salida. 3. El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.

TRANSFORMADOR NÚCLEOS

• Tipo núcleo: este tipo de núcleo se representa en la fig.1, indicando el corte A-1 la sección transversal que se designa con S (cm2). Este núcleo no es macizo, sino que esta formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una sección U con una sección I. La capa siguiente superior cambia la posición I con respecto a la U. – La aislación entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor

Laminas de acero al Silicio

TRANSFORMADOR NÚCLEOS

• Tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión, se representa en la figura, en vistas. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

Tipo acorazado con longitud magnética media.

TRANSFORMADOR CHAPAS DEL NUCLEO

• Las chapas utilizadas son generalmente de acero al silicio en proporciones de 2 a 4% de este último. Los espesores de estas láminas varían entre 0,3 y 0,5 mm para frecuencias de 50 ciclos. • Entre chapas debe haber aislación eléctrica lo que se consigue de diferentes formas: con una capa de barniz aplicado a una de sus caras, con una hoja de papel muy delgada encalado sobre una cara de la chapa, o para un material más económico, produciendo una oxidación superficial con vapor de agua. • Según el tipo de aislación se tienen diferentes efectos sobre el costo de la chapa y sobre la reducción de la sección neta del hierro. Para chapas de 0,35 a 0,5 mm de espesor, puede estimarse que la reducción de sección neta con aislación de barniz o papel es de un 10%. • En los transformadores pequeños se colocan las chapas una a una, alternando las juntas, para dar más solidez al conjunto y evitar piezas de unión entre partes del núcleo. En los grandes, las dos cabezas quedan separadas, y deben sujetarse con pernos roscados. • En los transformadores de gran potencia suele ser necesario formar conductos de refrigeración en la masa del núcleo, para aumentar la superficie de disipación del calor se colocan entonces separadores aislantes, de espesor conveniente para la circulación del aceite.

TRANSFORMADOR DEVANADOS

• Devanados: se utilizan de 2 tipos: – Cilindricos concentricos. – Devanados de discos Reducir dispersion

Transformador de nucleo

Transformador acorazado

TRANSFORMADOR REFRIGERACION

• La eliminación del calor provocado por las pérdidas, es necesario para evitar una temperatura interna excesiva que podría acortar la vida del aislamiento. Para reducir la temperatura interna de los transformadores de gran potencia, autorefrigerados con aislamiento de aceite, de construcción normal de tipo columna, se emplean radiadores.

Transformador núcleo de aire

Transformador núcleo de aire

TRANSFORMADOR

TRANSFORMADOR IDEAL En el transformador detallado en (b) tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario. La relación entre el voltaje VP(t) aplicado al lado primario del transformador y el voltaje VS(t) inducido sobre su lado secundario es VP(t) / VS(t) = NP / NS = a En donde a se define como la relación de espiras del transformador a = N P / NS La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es NP * iP(t) = NS * iS(t) iP(t) / iS(t) = 1 / a En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son VP / VS = a IP / IS = 1 / a

TRANSFORMADOR IDEAL CIRCUITO EQUIVALENTE

• Potencia en un transformador ideal (Ø P= Ø S) – – – – –

Pent = VP * IP * cos Ø P Psal = VS * IS * cos Ø S Psal = (VP/a) * a * IP * cos Ø = VP * IP * cos Ø Qent = VP *IP *sen q = VS *IS *sen q = Qsal Ssal = VS *IS = (VP/a) * a * IP = VP *IP = Sent

• Impedancia – – – – –

ZL = VL / IL = VS / IS Z’ L = VP / IP Como VP = a * VS e IP = IS / a Z’ L = VP /IP = (a * VS) / (IS /a) = a² * (VS / IS) Z’L = a² * ZL

TRANSFORMADOR REAL CIRCUITO EQUIVALENTE

Magnetizacion efectiva en el transformador • Lm inducción magnética en el núcleo Pérdidas en el cobre • RP en el circuito primario. • RS en el circuito secundario. Corrientes parasitas • RC representa la perdida de corriente en el núcleo Pérdidas por dispersión • LP es la autoinductancia de la bobina primaria • LS es la autoinductancia de la bobina secundaria

Existen dos ensayos normalizados que permiten obtener las caídas de tensión, pérdidas y parámetros del circuito equivalente del transformador

Ensayo de vacío Ensayo de cortocircuito

En ambos ensayos se miden tensiones, corrientes y potencias. A partir del resultado de las mediciones es posible estimar las pérdidas y reconstruir el circuito equivalente con todos sus elementos

 (t)

A

I0(t)

Condiciones ensayo: I2(t)=0

W

Secundario en circuito abierto U2(t)

U1(t)



Resultados ensayo:

Pérdidas en el hierro

W

Corriente de vacío

A

Parámetros circuito

Tensión y frecuencia nominal

Rfe, X

 (t)

A

I1n(t)

Condiciones ensayo: Secundario en cortocircuito

I2n(t)

W

Tensión primario muy reducida

U2(t)=0

Ucc(t)

Corriente nominal I1n, I2n

Al ser la tensión del ensayo muy baja habrá muy poco flujo y, por tanto, las pérdidas en el hierro serán despreciables (Pfe=kBm2)



Resultados ensayo:

Pérdidas en el cobre

Parámetros circuito



W

Rcc=R1+R2’ Xcc=X1+X2’