transformadores monofasicos

transformadores monofasicos

lunes, 28 de febrero de 2011

TRANSFORMADORES MONOFASICOS




EL TRANSFORMADOR

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.
Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo, tambien existen los trafos de relacion uno a uno que es cuando el voltaje secundario es igual al voltaje primario.

Partes Principales

 Núcleo magnético

El núcleo constituye el circuito magnético que transfiere la energía de un circuito a otro y su función principal es la de conducir el flujo magnético. Esta construido por laminaciones de acero al silicio (4%) de un grueso del orden de 0.355 mm de espesor con un aislante de 0.0254 mm.

 Bobinados Primario, secundario, terciario, etc.

 
Interior de un transformador en el que se ven los bobinados.
Los bobinados o devanados constituyen los circuitos de alimentación y carga. La función principal del devanado primario es crear un campo magnético con una pérdida de energía muy pequeña. El devanado secundario debe aprovechar el flujo magnético para producir una fuerza electromotriz.
Los bobinados pueden ser monofásicos o trifásicos.
Dependiendo de la corriente pueden ser desde alambre delgado, grueso o barra. los materiales comúnmente utilizados son cobre y aluminio.

 Partes Auxiliares

 Tanque, recipiente o cubierta

El material utilizado en la fabricación de los tanques es placa de acero estructural código ASTM-A-36 de primera calidad, el cual es preparado en máquina de corte, punzonadoras, troqueladoras y dobladoras, las cuales son unidas posteriormente en un proceso de soldadura MIG.
Adicional a lo anterior, generalmente es utilizado en el área de las boquillas de baja tensión, acero inoxidable según código AISI-304, para servir como medio diamagnético al paso de corrientes superiores a los 1000 A.
La mayoría cuentan con un sistema mecánico de preparación de superficie, utilizando el proceso de limpieza por medio de balanceo de granalla angular, con el cual se obtiene el anclaje adecuado para la aplicación de los recubrimientos anticorrosivos y de acabado, los cuales consisten en varias capas aplicadas por aspersión.

 Boquillas terminales

La boquilla permite el paso de la corriente a través del transformador y evita que haya un escape indebido de corriente.

 Medio Refrigerante

La eficiencia de la refrigeración es un factor fundamental que determina la seguridad operacional y el tiempo de vida útil de un transformador de potencia.
El sistema utilizado con mayor frecuencia en transformadores menores es la refrigeración natural, donde el calor es absorbido por el aceite y disipado en el aire a través de radiadores. En otros sistemas los radiadores son adicionalmente refrigerados por medio de ventiladores. El sistema de refrigeración puede también consistir de varios radiadores separados y/o con intercambiadores aceite/agua. La refrigeración puede aún ser incrementada por medio del flujo direccionado del aceite.

 Conmutadores y auxiliares

Para adecuar la relación de tensión a las condiciones del sistema, los transformadores están provistos de una bobina especial con derivaciones. La relación de tensión puede ser alterada a través de un conmutador en vacío estando el transformador desenergizado, o por un conmutador de derivaciones en carga con el transformador energizado. Accionamientos motorizados son usados para operar los conmutadores, posibilitando comando local o a la distancia, inclusive con control automático de tensión.

 Indicadores.

Los indicadores son aparatos que nos señalan el estado del transformador. Por ejemplo, marcan el nivel del líquido, la temperatura, la presión, etc.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRAFO
Para poder comprender el funcionamiento de un transformador se examinará el de construcción más elemental.
Un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el que han sido arrollados dos circuitos eléctricos:
- Uno, constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de corriente alterna y recibe el nombre de primario.
- Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario.
Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnético del transformador.

El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado secundario una fuerza electromotriz (E2).
Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. por lo tanto en ellas se va a inducir una fuerza contraelectromotriz (E1), que se opone al voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la intensidad de corriente I1

 
Dado que la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional al flujo inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento en la corriente I1.

¿ COMO SE MIDEN LAS PERDIDAS EN EL TRANSFORMADOR ?

Las perdidas de un transformador se pueden calcular de la siguiente manera…

Método de prueba al vacio
Al usar este método a través de la medición de la tensión, intensidad de corriente y potencia solamente en el bobinado primario y dejando el bobinado secundario abierto es decir el bobinado secundario no será recorrido por ninguna intensidad y de esta manera obtenemos directamente la potencia perdida en hierro



Las perdidas en el hierro las podemos medir fácilmente, leyendo la entrada en vatios por medio de un vatímetro.









Perdida en los devanados a plena carga.
Debido a que el flujo es directamente proporcional al voltaje, el flujo mutuo en el transformador bajo las condiciones de prueba de corto circuito es muy pequeño, de manera que las pérdidas en el núcleo son despreciables. Sin embargo, la corriente que circula a través de la resistencia de los devanados produce las mismas pérdidas en estos, que cuando opera en condiciones de plena carga, esto se debe a que en ambos devanados e hace circular la corriente nominal
Se deben tener siempre en mente, que el valor de la resistencia Rt, no es la suma aritmética de las resistencias en los devanados primario y secundario. Es un valor que se determina del circuito equivalente y por tal motivo se le denomina "“la resistencia equivalente del transformador”.
La impedancia equivalente de un transformador se puede expresar en términos de la resistencia y reactancia equivalente como:


de tal forma, que la reactancia equivalente del transformador se calcula como:

 

Estos valores están por lo general referidos al devanado de alto voltaje, debido a que se acostumbra poner en corto circuito el devanado de bajo voltaje, es decir las mediciones se hacen en el devanado de alto voltaje. Esto es por lo general el método normal de prueba. Las razones principales para esto:
  La corriente nominal en le devanado de alto voltaje es menor que la corriente nominal en el devanado de bajo voltaje. Por lo tanto, son menos peligrosas y por otra parte es más fácil encontrar instrumentos de medición dentro del rango.
  Debido a que el voltaje aplicado es por lo general menor que el 5% del valor del voltaje nominal del devanado alimentado, se obtiene una lectura del vóltimeto con una de flexión apropiada para el rango de voltajes que se miden.

LA PRUEBA DE  CORTO CIRCUITO EN EL TRANSFORMADOR
Con este método en corto circuito conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al bobinado primario y cortocircuitando el bobinado secundario con un amperímetro.


El método consiste en aplicar progresivamente una tensión voltio a voltio, hasta llegar a las intensidades nominales en los bobinados
La tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensión de corto circuito. Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga.
Estas pérdidas las podemos determinar directamente con el vatímetro conectándolo en el bobinado primario.
Debido a que la tension aplicada es pequeña en comparación con la tension nominal, las perdidas en vacio o en el nucleo se pueden considerar como despreciables, de manera que toda la potencia absorbida es debido a las perdidad por el efecto joule en los devanados primario y secundario.

EL EFECTO JOULE
Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente".

RELACION DE  VOLTAJES, CORRIENTES, POTENCIAS EN UN TRAFO

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su salida.
Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor.
Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:
Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y
Bobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.
La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.
Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.
Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor)


La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje. La fórmula:



Entonces: Vs = Ns x Vp / Np

Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras), entonces:
Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps
Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula:

Potencia = voltaje x corriente
P = V x I (en watts) 
Aplicando este concepto al transformador y como

P(bobinado pri) = P(bobinado sec) 
entonces...

La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando el voltaje se eleve, la corriente se disminuya en la misma proporción y viceversa. Entonces:


Así, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:
- Ip (la corriente en el primario),
- Np (espiras en el primario) y
- Ns (espiras en el secundario)
se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns