17 Sep
Transformador
Es el aparato estático de inducción destinado a transformar un sistema primario de corriente alterna en otro sistema de intensidad y tensión generalmente diferente.
Transformador desde el punto de vista funcional
Se trata de un circuito magnético laminado, abrazado por bobinas y agregado que el principio de funcionamiento reposa en la producción de fuerzas electromotrices en dichas bobinas a causa del flujo magnético alternado.
Transformador industrial
Es un aparato que se suministra por su secundario una potencia, merced a la potencia que ingresa por su primario. Tratándose de corrientes alternadas, lo más adecuado para determinar la capacidad de un transformador es su potencia aparente, ya que la potencia activa depende del factor de potencia de la carga.
Refrigeración de los transformadores
- Refrigeración natural en aire: Se usa para pequeñas potencias o máquinas de funcionamiento temporario.
- Refrigeración forzada en aire: Uno o más ventiladores impulsan aire que evacua el calor. Se construye en potencias muy grandes.
- Refrigeración natural en aceite: Es el sistema más empleado. Todo el transformador está sumergido en un tanque especial conteniendo aceite libre de humedad. Por corrientes internas de convección, el aceite se mueve en el tanque y tira el calor interno hacia las superficies exteriores.
- Refrigeración de aceite en circulación de agua: La masa de aceite es enfriada por un serpentín recorrido por agua, la que a su vez, se enfría exteriormente a la máquina, por algún medio adecuado.
- Refrigeración forzada en aceite: El aceite circula impulsado por una bomba especial. Una vez afuera del transformador se lo enfría mediante refrigeradores especiales.
Fig 3-5: Se ubican ambas bobinas en el mismo brazo.
Fig 3-6: Existen transformadores en los que se tiene un núcleo y ahí se ponen los bobinados.
Transformador ideal
- Arrollamientos de resistencia nula.
- Núcleo magnético sin pérdidas.
- El flujo magnético solo en el núcleo.
- No se requiere ninguna fuerza magneto motriz para crear el flujo.
- Los arrollamientos no representan fenómenos capacitivos.
Trabajo en vacío del transformador
El régimen, cuando el devanado secundario del transformador está abierto y a los bornes del devanado primario se proporciona alterna, se denomina marcha en vacío o trabajo en vacío del transformador.
Diagrama vectorial o fasorial del trabajo ideal en vacío
La corriente de magnetización Ip crea un flujo magnético que está en fase con la corriente. El flujo magnético induce en el devanado primario la f.e.m E1 y en el secundario, la f.e.m E2. Recordemos que toda f.e.m inducida por un flujo magnético que varía en forma sinusoidal, se retrasa 90° del flujo. Por eso trazamos los vectores E1 y E2 formando un ángulo de 90° con el flujo en sentido contrario a la rotación de los vectores.
Trabajo del transformador real
Es necesario tener en cuenta las pérdidas y la dispersión del flujo magnético. Las pérdidas tendrán lugar en el acero y en el cobre. El transformador se diferencia de otras máquinas y aparatos por el sistema magnético cerrado y ausencia de piezas giratorias. Por eso sus pérdidas son pequeñas.
Trabajo real en vacío
Tiene dos componentes:
- La activa debida a las pérdidas en el acero. Esta componente es muy reducida, ya que son pequeñas las pérdidas en vacío.
- La reactiva: Denominada corriente de magnetización que crea el flujo magnético y coincide con este en fase.
La tensión de red aplicada al devanado primario debe equilibrar la f.e.m.
Carga del transformador
Se denomina carga del transformador a un régimen en el cual el devanado secundario está conectado a cierta resistencia. De este modo al cargar el transformador actuarán en estas fuerzas de magnetización de los dos devanados y en su núcleo se formará un flujo magnético debido a la acción de los flujos de ambos devanados.
Efectos del aumento de la corriente de carga (I2)
- Incremento de la caída de tensión en el devanado secundario.
- Disminución de la tensión U2 en los bornes del devanado secundario.
- Incremento de la corriente I1 en el circuito primario.
- Incremento de la caída de tensión en el devanado primario.
- Si la magnitud de la tensión aplicada U1 es constante, disminuye E1.
- La f.e.m. E1 puede disminuir solo a cuenta de la disminución del flujo magnético del transformador.
Los diagramas no sirven para una solución gráfica porque hay una enorme desproporción entre sus elementos y es imposible intentar una solución trabajando a escala. Se prefiere para los cálculos numéricos el uso del circuito equivalente. Este es un circuito eléctrico de igual comportamiento que el transformador. El análisis se reduce entonces a la solución de un sencillo caso de circuitos eléctricos alimentados por corriente alterna en las formas clásicas que enseña la electrotecnia.
23) Si empleamos estos dos nuevos elementos carece de sentido representar el núcleo, y lo reemplazamos por un acoplamiento ideal M, cuya única función es modificar las FF. EE. MM. Este acoplamiento M se puede suprimir cerrando los interruptores de la figura 3-50, y tal operación es posible si se multiplican los valores del secundario por números convenientes. (fig 3-50)
24) Cuando suprimimos el elemento M, debemos entonces afectar todos los valores secundarios, en la forma que se indica en la figura 3-51. Tales valores están referidos al primario. (Fig 3-51)
25) (fig 3-52)
26) Existe en la práctica gran diferencia entre los valores I01 e I11, acostumbrándose a correr el “brazo de excitación” al extremo izquierdo, introduciendo un pequeño error casi siempre justificable. Procediendo así es posible agrupar valores y llegar a las figuras 3-53 y 3-54. (Fig 3-53). Tenemos en estos circuitos equivalentes aproximados, valores nuevos: (Ecuaciones: 3-91 / 3-92/ 3-93), denominados valores equivalentes representándose según la figura 3-55 (Fig 3-54).
27) Y como I es pequeña, se desprecia el brazo de excitación como se ve en la figura 3-56. Es una simplificación extrema que puede utilizarse. (Fig 3-55 y 3-56)
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