Transformadores

 Concepto de Transformador

Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas. La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente.

Otras Definiciones:

Es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente que entrega a su salida.

Dispositivo que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro mediante el principio de inducción electromagnética, pudiendo cambiar la magnitud del voltaje sin cambiar la frecuencia.

Dispositivo que cambia la potencia eléctrica alterna con un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna con otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magnético.

Es un dispositivo sin perdidas que tiene un devanado de entrada y un devanado de salida.

Principio del funcionamiento del transformador

El principio de funcionamiento del transformador, se puede explicar por medio del llamado transformador ideal monofásico, es decir, una maquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica.

A reserva de estudios con mayor detalle, la construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador esta constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito cerrado, y sobre de cuyas columnas o piernas se localizan dos devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización el cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente aislados entre si.

El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente constante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona ala bobina. Este mismo principio es valido para el transformador, solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambia continuamente.

El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en la bobina. La corriente a través de la bobina varia en magnitud con el tiempo, y por lo tanto, el flujo producido por esta corriente varía también en magnitud con el tiempo.

El flujo cambiante con el tiempo que se aplica en uno de los devanados, induce el voltaje E1 (en el primario). Si se desprecia por facilidad la caída de voltaje por resistencia del devanado primario, el valor de E1 será igual y de sentido opuesto al voltaje aplicado V1. De la ley de inducción electromagnética, se sabe que este voltaje inducido E1 en el devanado primario y también al índice de cambio del flujo en la bobina. Se tienen dos relaciones importantes.

Al mismo tiempo que el flujo cambia en la bobina primaria, también cambia en la bobina secundaria, dado que ambas bobinas se encuentran dentro del mismo medio magnético, y entonces el índice de cambio del flujo magnético en ambas bobinas es exactamente el mismo. Este cambio en el flujo inducirá un flujo E2 en la bobina secundaria que será proporcional al numero de espiras en el devanado secundario N2. Si se considera que no se tiene carga conectada en el circuito secundario, el voltaje inducido E2 es el voltaje que aparece en las terminales del secundario, por lo que se tienen dos relaciones adicionales.

En virtud de que ambas bobinas se encuentran devanadas en el mismo circuito magnético, los factores de proporcionalidad para las ecuaciones del voltaje son iguales, de manera de que si se dividen las ecuaciones para E1 y E2 se tiene:

Además como numéricamente deben ser iguales E1 y V1 y E2 con V2 la ecuación anterior se puede escribir como:

 Descripción de las partes del transformador

 Elementos básicos de un transformador

1. Fuente excitadora

2. Flujo y encadenamiento de flujo.

El transformador 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 una tensión. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada.

 Partes del Transformador

Devanado Primario. Es donde se conecta la fuente excitadora

Devanado secundario. Es aquel el cual se induce el voltaje del devanado primario

Núcleo. Es el elemento que permite que la línea del campo magnético abrace al devanado primario.

Aislamiento. Evita que la corriente circule, se rompe cuando el nivel de tensión es alto y por altas temperaturas.

Sus características son:

Alta resistencia

Ciclo de Histéresis

Soportar las condiciones químicas

Tipos de aislamientos:

Orgánicos (soportan menores tensiones)

Orgánicos Impregnados

Inorgánicos

Inorgánicos Impregnados

Sintéticos. Soportan altas temperaturas.

Boquillas

Capacitares de Frente de Onda. Disminuyen las señales de sobretension.

Carcasa. Sirve como disipador de temperatura.

Refrigerantes. Son gases inertes sintéticos

Aletas Radiadoras

Tubos Radiadores

Medios refrigerantes :

Aceites

Gases Inertes SF6

Aire

Agua

Ademas del aceite conservador encontramos:

Tapa Principal. Es donde se mete y se saca el transformador.

Tapa Chica.

Junta. Puede ser de corcho o material sintético que no sea atacado por el aceite.

Válvula de llenado.

Llave de purga. Sirve para tomar muestra de aceite.

Como Protección del transformador tenemos:

Elevador de Presión Súbita. Detecta los gases que se producen dentro del aceite.

Relevador Bucholpt.Trabaja con la rapidez del cambio de presión.

Tubo de desfogue. Sirve para liberar la presión en dado caso que halla muchos gases.

Cambiador de derivaciones.

Capacitares de Frente de onda.

Tipos de Trasformadores

 Clasificación de los Transformadores de Potencia por su construcción:

Transformador tipo núcleo. Consta de una pieza de acero rectangular, laminada, con los devanados enrollados sobre dos de los lados del rectángulo.

Transformador tipo acorazado. Consta de un núcleo laminado de tres columnas, cuyas bobinas están enrolladas en la columna central.

 Clasificación de los Transformadores de Potencia dependiendo de su uso:

Transformador de unidad. Es un transformador conectado a la salida de un generador y que se usa para aumentar el voltaje a niveles de transmisión más de 110 KV.

Transformador de Subestación. Se encuentra al final de la línea de transmisión, que baja el voltaje de niveles de transmisión a niveles de distribución (de 2.3 a 34.5 KV)

Transformador de Distribución. Se le dice así al transformador que toma el voltaje de distribución y lo diminuye

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