Tranformador

Diseño de núcleos magnéticos monofásicos (tipo columnas y acorazado)

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere energía de un circuito a otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los de voltajes de corrientes.

Un transformador elevador recibe la potencia a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor bajo.

Sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito cerrado, y sobre de cuyas columnas o piernas se localizan los devanados, uno denominado "primario" que recibe la energía y el otro secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía.

Los devanados se encuentran eléctricamente aislados entre sí, un transformador consta de dos partes esenciales:

• El núcleo magnético.

• Los devanados.

La construcción del núcleo.

El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen pequeños porcentajes de silicio (alrededor del 4%) y que se denominan "laminaciones magnéticos", estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidas relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes.

Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y dimensiones requeridas.

La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los núcleos de las máquinas eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad del material y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas o circulantes y en consecuencia las pérdidas por este concepto.

Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo columnas y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuación.

Tipo columnas: este tipo de núcleo se representa en el siguiente grafico, Este núcleo no es macizo, sino que está formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí.

La aislación entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor.

Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la mitad de líneas cada uno.

Diseño de devanados

En estos transformador, las diferencias entre las tensiones primaria y secundaria es notable, por ejemplo los transformadores para redes de distribución de 13200 volts a las tensiones de utilización de 220/127 volts debido a estas diferencias, se emplean criterios constructivos distintos a los considerados en los transformadores pequeños de baja tensión y se dividen en devanados de baja tensión y alta tensión.

Devanados de baja tensión Están constituidos por lo general, de una sola espiral (algunas veces en 2 o 3 capas sobrepuestas), con alambres rectangulares aislados. El conductor se usa generalmente para potencias pequeñas y tiene diámetros no superiores a 3 o 3.5mm. El aislamiento de los conductores, cuando son cilíndricos, pueden ser de algodón y de papel, y más raramente conductor esmaltado en caso de que los transformadores no sean enfriados con aceite.

Para transformadores de mediana y gran potencia, se recurre al uso de placa o solera de cobre asilada, el aislamiento es por lo general de papel. En el caso de que las corrientes que transporte del devanado sean elevadas ya sea por facilidad de manipulación en la construcción o bien para reducir las corrientes parásitas, se puede construir el devanado con más de una solera o placa en paralelo.

Devanados de alta tensión.

Los devanados de alta tensión, tiene en comparación con los de baja tensión, muchos espiras, y la corriente que circula por ellos, es relativamente baja, por lo que son de conductor de cobre de sección circular con diámetro de 2.5 a 3.0 mm.

Con respecto a las características constructivas, se tienen variantes de fabricante a fabricante, hay básicamente dos tipos, el llamado "tipo bobina" formados de varias capas de conductores, estas bobinas tienen forma discoidal, estas bobinas se conectan, por lo general, en serie para dar el número total de espiras de una fase. El otro tipo es el llamado "de capas" constituido por una sola bobina con varias capas, esta bobina es de longitud equivalente a las varias bobinas discoidales que constituirían el devanado equivalente, por lo general, el número de espiras por capa en este tipo de devanado; es superior al constituido de varias bobinas discoidales.

Posición de los devanados

La disposición de los devanados en los transformadores, debe ser hecha de tal forma, que se concilien en la mejor forma las dos exigencias que son contrastantes entre sí, del aislamiento y de la menor dispersión del flujo. La primera requiere de la mayor separación entre devanados, en tanto que la segunda,

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