jueves, 1 de diciembre de 2016

Transformadores Electricos: lo que usted deberia saber.


QUE ES UN TRANSFORMADOR?






Los transformadores son dispositivos electromagnéticos estáticos que permiten partiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador.






Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas,con mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas.






CONCEPTOS DEL TRANSFORMADOR.







Constan esencialmente de un circuito magnético cerrado sobre el que se arrollan dos bobinados, de forma que ambos bobinados están atravesados por el mismo flujo magnético. El circuito magnético está constituido (para frecuencias industriales de 50 Hz) por chapas de acero de poco espesor apiladas, para evitar las corrientes parásitas .
El bobinado donde se conecta la corriente de entrada se denomina primario, y el bobinado donde se conecta la carga útil,se denomina secundario.


La corriente alterna que circula por el  bobinado primario magnetiza el núcleo de forma alternativa. El bobinado secundario está así atravesado por un flujo magnético variable de forma aproximadamente senoidal y esta variación de flujo engendra por la Ley de Lenz, una tensión alterna en dicho bobinado.
El valor eficaz de la fuerza electromotriz en los devanados del transformador se determina por las siguientes fórmulas:
 
U1 = 4,44 BM A f n1
U2 = 4,44 BM A f n2
En donde:
U1 = tensión en devanado primario (voltios)
U2 = tensión en devanado secundario (voltios)
BM = valor máximo de la inducción magnética en el núcleo (Tesla). (En núcleos de hierro magnéticos de transformador suele tener un valor máximo de 1,4 Tesla)
= frecuencia de la corriente alterna (Hz)
n1 = número de espiras del devanado primario (adimensional)
n2 = número de espiras del devanado secundario (adimensional)
A = área de la sección recta del núcleo magnético (m2)
 
Si el primario y el secundario están atravesados por la misma inducción máxima BM y la sección A del núcleo permanece constante, entonces;
U1 / U2 = n1 /n2
A este cociente se denomina relación de transformación, e indica la relación entre la tensión de entrada y salida, cuando el transformador está funcionando en vacío, o sea sin carga, en el secundario.
POTENCIAS Y EFICIENCIAS
Un transformador es esencialmente dos solenoides o inductancias sobre un mismo núcleo, por consiguiente existirá un desfase entre la tensión y la corriente que atraviesa ambos devanados.
Las potencias de entrada y salida son :
P1 = U1 I1 cosφ1 (Watios)
P2 = U2 I2 cosφ2 (Watios)
El rendimiento del transformador η es igual:
η = P2 /P1
También existen pérdidas en el núcleo debidas a las corrientes parásitas y a la histeresis, y pérdidas en los devanados debido al efecto Joule. Todas estas pérdidas se manifiestan en forma de calor, y disminuyen el rendimiento del transformador, por consiguiente, el rendimiento real también se puede expresar como:
η = P2 /( P2 + Pnuc + Pdev)
Los rendimientos reales que se observan en los transformadores son altos,(al no tener entrehierros como las máquinas rotativas,) y mejoran con el tamaño del transformador (entre un 80% y un 98%).



LIMITES DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR.


Un transformador se proyecta para unas tensiones dadas de servicio en primario y secundario y una potencia máxima continua que puede obtenerse en su secundario. El incrementar la tensión en su primario, y por tanto la corriente en el mismo, lleva a la saturación del núcleo magnético, con lo que el mismo no es capaz de transferir mas potencia al secundario y el exceso de potencia de entrada solo produce sobrecalentamientos del núcleo por corrientes parásitas, y del devanado primario, por efecto Joule, llevando a la rotura del devanado por fallo del aislante del mismo. Una espira en cortocircuito genera a su vez mas calor y provoca el fallo total del devanado.
En un transformador es fundamental prever una correcta refrigeración del mismo, y a este fin, los de mayor tamaño ( a partir de algunos kilowatios), están bañados en aceite refrigerante que actúa también como dieléctrico.


Así pues, la tensión de entrada, la potencia máxima continua de salida , y la temperatura ambiente, son tres parámetros que no deben sobrepasarse de forma permanente.





TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN O POTENCIA.





 Son los que se utilizan para subestaciones y transformación de energía en media y alta tensión. Se aplican en subestaciones, centrales de generación y usuarios de grandes potencia.

Se construyen en potencias, voltajes y frecuencias estandarizadas según la región o país en donde va trabajar. A continuación detallo los dos principales tipos de transformadores de potencia.



Se caracterizan principalmente por que el núcleo ferromagnético se encuentra totalmente sumergido en aceite, consta de un tanque con tapa, intercambiadores de calor, bombas y cubículo para el aceite.







ESQUEMA CAD DE UN TRANFORMADOR.





TRANSFORMADOR SECO.




 Se utiliza en interiores, donde los espacios reducidos y los requerimientos de 

seguridad en caso de

incendios imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en 

aceite. Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento clase F utilizándose resinas epoxi como medio de protección de los arrollamientos siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. A continuación describimos algunas especificaciones técnicas de las principales partes que conforman el transformador tipo seco: Circuito magnético Puede ser de chapa de acero al silicio de grano orientado, aislada por óxidos minerales y protegida contra la corrosión mediante una capa de esmalte. 







TRANSFORMADOR DE CORRIENTE (MEDICION).





Los transformadores de corriente realizan funciones de medición, supervisión y control de circuito al transmitir unacorriente reducida a los equipos. Los transformadores que realizan dichas funciones también son conocidos como transformadores de medida. Los transformadores de energía grandes disminuyen la corriente para transmitir energía en líneas de transmisión. Aquellos transformadores que aumentan la corriente para distribuirla son conocidos como transformadores de distribución.





Un transformador de corriente se construye con un núcleo, en general de acero, enrollado por bobinas primarias y secundarias que están aisladas entre sí y del núcleo. La bobina con más vueltas tiene un voltaje mayor y una corriente menor que la que tiene menos vueltas. La que se encuentra en contacto con la fuente de energía se conoce como bobina primaria; la secundaria es aquella con corriente inducida.



El transformador conservala energía; el producto del voltaje y la corriente en la bobina primaria es igual al producto del voltaje y la corriente a través de la bobina secundaria.Por este motivo, el efecto del transformador sobre el voltaje es inverso a su efecto sobre la corriente. Los transformadores de corriente se instalan enseries con el circuito. Los transformadores de voltaje se instalan en paralelo.




Los transformadores de corriente pueden ser clasificados en transformadores de aislamiento, de barra o de ventana,dependiendo del método de conexión al conductor de energía. El de aislamiento se usa en disyuntores GFCI mientras que el de ventana se usan a menudo en los cables de la luz.







TRANSFORMADOR VARIABLE O VARIAC.


Un transformador Variable también conocido como Variac, es un autotransformador de voltaje continuo y variable que puede ser ajustado de acuerdo a la necesidad de voltaje que se tenga.



Para permitir la máxima utilización de los Variacs, las relaciones de salida son dadas para corriente constante e impedancia de carga constante. Los Variacs entregan el voltaje de salida con una variación despreciable entre el estado sin carga y el estado de plena carga.



Un Variac proporciona un voltaje de salida que es una reproducción fiel y sin distorsión de la forma de onda de la señal de entrada. Esto es una característica necesaria de muchas aplicaciones electrónicas y es el resultado de un excelente diseño y el uso de acero silicio de grano orientado de alta calidad.



TRANSFORMADOR TRIFASICO.





Los transformadores trifásicos (3F) puede estar constituido por tres transformadores monofásicos en un solo banco, también puede estar diseñado por un núcleo de tres columnas. Los principales sistemas de generación y distribución de potencia en el mundo son sistemas trifásicos de corriente alterna, debido a las grandes ventajas que presentan. Los transformadores son una parte principal en sistemas trifásicos de. Por lo que para su utilización en estos sistemas, se pueden considerar dos configuraciones, la primera consiste en tomar tres transformadores monofásicos y conectarlos en un banco trifásico, es decir, tres transformadores por separados, unidos mediante algún tipo de conexión cuya conexión está hecha internamente dentro del banco de transformadores monofásicos, esta configuración presenta la desventaja de ser más caro que utilizar un solo transformador trifásico, y tiene como ventaja que cualquier unidad del banco puede ser reemplazada individualmente si es que presenta algún daño. el transformador trifásico un modelo que está siendo empelado en una subestación, se puede ver un transformador 3F con tres columnas.

ESQUEMAS DE  CONEXIÓN.

estrella-delta.












TRANSFORMADOR MONOFASICO.




Transformador eléctrico monofásico de núcleo cerrado de acero al silicio, donde se muestran dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo, protegido con barniz aislante. Uno de esos corresponde al “enrollado primario” o de ENTRADA de la corriente alterna y el otro al “enrollado secundario” o de SALIDA de la propia corriente, una vez que el valor de la tensión ha sido aumentado o disminuido, de acuerdo con el tipo de transformador que se utilice, decir, si es “reductor de tensión” o si, por el contrario, es “elevador de tensión”.

Desde el punto de vista constructivo la mayoría de los transformadores eléctricos, independientemente de su tamaño, poseen como mínimo dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo protegido por una fina capa de barniz aislante. El grosor o diámetro del alambre utilizado para cada enrollado dependerá del flujo máximo de 
corriente eléctrica en amperes (A) que debe soportar el transformador sin llegar a quemarse cuando le conectamos una resistencia, carga o consumidor eléctrico, de acuerdo con el cálculo que previamente realizó el fabricante cuando determinó su capacidad de trabajo. Ambos enrollados van colocados alrededor de un núcleo de acero al silicio que forma parte del cuerpo del transformador.

esquema de función.









TRANSFORMADORES DE VOLTAJE (PARA 
MEDICIÓN).


Los transformadores de voltaje son dispositivos usados en circuitos eléctricos para cambiar el voltaje de la electricidad que fluye en el circuito. Los transformadores se pueden utilizar para aumentar (llamado "intensificación"o disminuir("reducción" el voltaje).

El principio de inducción electromágnetica es lo que hace que los transformadores trabajen. Cuando una corriente atraviesa un alambre, crea un campo magnético alrededor del alambre. De la misma manera,si un alambre está en un campo magnético que está cambiando, fluirá una corriente por el alambre. En un transformador, un conductor lleva corriente aun lado. Esa corriente crea un campo magnético, que a cambio produce una corriente en el conductor al otro lado del transformador. La segunda corriente fluye fuera del transformador.






TRANSFORMADORES TOROIDALES DE ELECTRONICA.




Frente a las 3 grandes desventajas de los Transformadores Cuadrados que se usan para aparatos de gran potencia como son:su exagerado tamaño, gran peso y costo elevado,se dio a la tarea de investigar los transformadores que se usan para los amplificadores de alta potencia en el mundo y vimos que los expertos en la materia ; Todos tenían en común el uso de los Transformadores Toroidales.

Comprobamos que los transformadores cuadrados son adecuados, usándolos en potencias bajas, desde 1W, hasta 800W,pero si queremos ensamblar potencias superiores ; por economía, tamaño.





TRANSFORMADOR DE POSTE.






Son transformadores quealimentan cargas residenciales, comerciales e industriales en baja tensión, de una sola fase.  


Los transformadores tipo poste monofásico, están diseñados para uso en redes de distribución aérea, para ser montados en postes.

En México, las condiciones generales de uso de los Transformadores tipo poste monofásico se describen en las normas NMX-J-116 de ANCE y NRF-025-CFE-2002.

En capacidades desde 10 yhasta 167 kVA, enfriamiento OA, 60 Hz, inmersos en aceite mineral; también disponibles en líquido aislante de alto punto de ignición. Nivel de tensión  en el devanado primario 13.2, 23 y 33 kV.

Nivel de tensión en el devanado secundario 120/240 V.





AQUI UNOS VIDEOS DE PRUEBAS.




link: https://www.youtube.com/watch?v=BnRg7prf0OE









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