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Transformadores

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by

Jean Paul Neumann

on 2 April 2014

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Transcript of Transformadores

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El funcionamiento de este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.
Pérdidas en el transformador
Transformadores
Mantención y operacion de máquinas y equipos eléctricos
Profesor: Jean Paul Neumann
El transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir (incluso mantener en el caso de los transformadores de relación 1:1) la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
Ninguna máquina trabaja sin producir pérdidas de potencia, ya sea estática o dinámica; ahora bien, las pérdidas en las máquinas estáticas son muy pequeñas, como le sucede a los transformadores.
En un transformador se producen las siguientes pérdidas:
• Pérdidas por corriente de Foucault (PF).• Pérdidas por histéresis (PH).• Pérdidas en el cobre del bobinado (Pcu).
Cuando un transformador está en vacío, la potencia que medimos en un transformador con el circuito abierto se compone de la potencia perdida en el circuito magnético y la perdida en el cobre de los bobinados.
Al ser nula la intensidad en el secundario (I2 = 0), no aparece en él pérdida de potencia; por otra parte, al ser muy pequeña la intensidad del primario en vacío (Io) con respecto a la intensidad en carga I2n, las pérdidas que se originan en el cobre del bobinado primario resultan prácticamente insignificantes.
Perdidas en el cobre del bobinado
Pérdidas en el núcleo
Las pérdidas de potencia en el hierro (PFe) en un transformador en vacío se producen por las corrientes de Foucault (Pf) y por el fenómeno de histéresis (Ph).Para reducir la pérdida de energía, y la consiguiente pérdida de potencia, es necesario que los núcleos que están bajo un flujo variable no sean macizos; deberán estar construidos con chapas magnéticas de espesores mínimos, apiladas y aisladas entre sí.
Las corrientes de Foucault se producen en cualquier
material conductor cuando se encuentra sometido a una variación del flujo magnético.
Como los materiales magnéticos son buenos conductores
eléctricos, en los núcleos magnéticos de los transformadores se genera una fuerza electromotriz inducida que origina corriente de circulación en los mismos, lo que da lugar a pérdidas de energía por efecto Joule.Las pérdidas por corrientes parásitas o de Foucault dependerán del material del que esté constituido el núcleo magnético.
La histéresis magnética es el fenómeno que se produce cuando la imantación de los materiales ferromagnéticos no sólo depende del valor del flujo, sino también de los estados magnéticos anteriores. En el caso de los transformadores, al someter el material magnético a un flujo variable se produce una imantación que se mantiene al cesar el flujo variable, lo que provoca una pérdida de energía que se justifica en forma de calor.
Ensayo de Vacío
El ensayo en vacío proporciona, a través de las medidas de tensión, intensidad y potencia en el bobinado primario, los valores directos de la potencia perdida en el hierro, y deja abierto el bobinado secundario. Por lo tanto, este bobinado
no será recorrido por ninguna intensidad, y no se tendrán en cuenta los ínfimos valores de las pérdidas en el cobre para este ensayo.
Los principales datos que hay que determinar en el ensayo en vacío son:
• Las pérdidas en el hierro a través de la lectura del wattmetro (W1) en el bobinado primario
• La intensidad en vacío del primario a través del amperímetro (A1).
• La relación de transformación (a):
También podemos calcular, con la ayuda de los resultados:
• La impedancia (Z)
• La potencia aparente en vacío (Ssap)
• El ángulo de desfase o factor de potencia devacío.
Problema Práctico.
Se realiza un ensayo de vacio y se obtienen los siguientes resultados:
Como vimos anteriormente, en los transformadores, al igual que en cualquier dispositivo eléctrico, se producen pérdidas de potencia, una parte de éstas se producen ya en vacío y se mantienen constantes e invariables en carga.
La otra parte de las pérdidas de potencia se producen en los conductores de los bobinados primario y secundario, sometidos a la intensidad nominal. Se denominan pérdidas R*I^2 debidas al cobre (Pcu).
Ensayo de Cortocircuito
Con el ensayo en cortocircuito, conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al primario y cortocircuitando el secundario con un amperímetro. En muchos ensayos en vacío, la Icc supera el 25 % de la intensidad nominal (In).
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