TRANSFORMADOR

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’