Transformadores

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CAPITULO 2

TRANSFORMADOR MONOFASICO DE DOS ENROLLADOS

2.1.- Introducción

En general, un transformador (T/F) es un dispositivo eléctrico formado por un conjunto de bobinas, (enrollados, bobinados) acopladas magnéticamente entre si. Cada enrollado tiene un par de terminales, a través de los cuales puede entrar o salir energía eléctrica.

En forma esquemática, el transformador de dos bobinados se puede representar según la Figura 2.1.

con N 1NúcleoTerminalesBobinado 1(Primario)TerminalesBobinado 2(Secundario)Bobinado 1Bobinado 2espirascon N 2espiras

Figura 2.1.- Representación esquemática de un transformador

El transformador recibe energía a una cierta tensión (terminales del bobinado 1) y la entrega con muy pocas pérdidas a otra tensión (terminales del bobinado 2) más baja (reductor) o más alta (elevador). Por otra parte, permite aislar eléctricamente dos partes de un dispositivo o de un sistema eléctrico.

Según el área de aplicación, los transformadores se pueden clasificar en tres grupos:

a) Transformadores de Comunicación: Usados generalmente como transformadores de salida para equilibrar la impedancia de la carga (Parlante) a la de salida del amplificador con el fin de obtener máxima transferencia de Potencia. En algunos casos se usan también para aislar dos secciones de un sistema.

b) Transformadores de Medida: Utilizados para medir altas corrientes ó altas tensiones por medio de instrumentos de escala reducida o bien para alimentar dispositivos de protección de equipos o sistemas eléctricos.

c) Transformadores de Poder o de Potencia: Se usan en conjunto con los generadores para una transmisión y distribución eficiente de Energía Eléctrica. Así, para transmitir grandes bloques de Energía entre dos puntos alejados, se requiere elevar la tensión para diminuir la corriente y con ello las pérdidas. Por otra parte, en los centros de consumo, se requieren tensiones de valores más bajos, por lo que se deben ocupar de nuevo los transformadores, para reducirlas. En este curso nos ocuparemos en particular de los transformadores de Poder.

2.2.- Algunos aspectos constructivos

La Figura 2.2 muestra diferentes tipos de transformadores, desde uno monofásico de tamaño y voltajes bajos, hasta el de mayor tamaño que requiere ventiladores de refrigeración exteriores.

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a)

b)

c)

d)

e)

Figura 2.2.- Diversos tipos de Transformadores

Constructivamente se pueden destacar las siguientes partes componentes:

a) Núcleo: Las dos formas fundamentales de estructuras de transformadores son "tipo núcleo" y "tipo acorazado", que se muestran esquemáticamente en la Figura 2.3. La sección suele ser cuadrada ó rectangular (transformadores pequeños) y también circular (transformadores grandes), en los que las láminas se agrupan en capas de anchura variable. Las láminas pueden tener formas de E, L, o I.

Bobinados deAlta y BajaBobinados deAlta y BajaBobinados deAlta y BajaNúcleoNúcleo

a) b)

Fig. 2.3.- Tipos de núcleo usados en transformadores monofásicos a) Tipo núcleo, b) Acorazado

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En algunos transformadores monofásicos de distribución de baja potencia se utilizan 1 o 2 tiras largas de acero enrolladas sobre el bobinado, con el fin de conseguir que el flujo tenga siempre la dirección del laminado y además que no existan entrehierros.

b) Enrollados: Se construyen sobre formas de material aislante impregnado, de adecuada resistencia mecánica. El conductor puede ser redondo (transformadores pequeños) o rectangular (transformadores de gran potencia). En el caso de conductores grandes, éstos se subdividen en hebras aisladas entre si y transpuestas cada cierta longitud, con el fin de reducir la pérdida adicional, producida por la distribución no uniforme de la corriente en el interior de él.

c) Refrigeración y Aislamiento: En los transformadores muy pequeños, la superficie es relativamente grande frente al volumen, por lo que la refrigeración por radiación y por convección natural es suficiente para mantener una temperatura de funcionamiento adecuada. Al aumentar el tamaño, es necesario incrementar la superficie que disipa calor ó proveer medios para forzar la disipación, tal como los ventiladores de la Figura 2.2. e). Además se hace necesario dotar de ductos de ventilación a los devanados y al núcleo. La refrigeración se puede conseguir por aire (con o sin ventiladores) o por aceite (autorefrigerado, refrigerado por aire forzado o agua, o por aceite forzado)

d) Tanques: Los transformadores que emplean refrigeración por aceite, deben tener sus núcleos y devanados encerrados en tanques, construidos de acero soldado y de formas redonda, ovalada o rectangular. En el volumen del tanque debe quedar un espacio para permitir la dilatación del aceite. En la mayoría de los casos, está constituido por un estanque, llamado de dilatación; ubicado sobre el transformador (Figura 2.2. b).

2.3.- Flujos Magnéticos en el Transformador

En la Figura 2.4. se muestra la situación de un transformador funcionando normalmente, es decir, con su enrollado primario (1) conectado a una fuente de tensión v1 y el secundario (2) conectado a una impedancia de carga Zc. Las resistencias óhmicas R1 y R2 de los bobinados se han considerado fuera de éstos. N 1N 2L1+-21φRcZL2+-φφ12φ22φ11φmφv1R12v2i1i2++--dtN1d11φdtN2d22φ

Figura 2.4.- Flujos magnéticos en un Transformador

Los flujos indicados en la Figura 2.4. son:

φ11: Flujo enlazado por la bobina 1.

φ22: Flujo enlazado por la bobina 2.

φL1: Parte del flujo establecido por la corriente i1, que no es enlazado por la bobina 2.

φL2: Parte del flujo establecido por la corriente i2, que no es enlazado por la bobina 1.

φ12: Parte del flujo establecido por la corriente i1, que es enlazado por la bobina 2.

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