Transformadores: Tipos, Funcionamiento y Cálculo

Mantenimiento de Equipos Eléctricos

Mantenimiento Correctivo

Se realiza en el momento indicado para corregir y resolver las averías surgidas. Se emplea en pequeñas y medianas empresas.

Mantenimiento Preventivo

Se aplica para reducir la frecuencia de averías y acortar el tiempo de parada por las mismas. Surge por la necesidad de restringir paradas inesperadas en la producción.

Mantenimiento Planificado

Se establece un plan de actuación, con unas operaciones que se efectúan periódicamente en función del tiempo de trabajo y el deterioro. El plan establece como actuación de control la Frecuencia de Inspección.

Transformadores (TRAFOS)

Máquina estática que transforma, elevando o reduciendo, los valores de tensión y de intensidad de entrada de una potencia dada y devuelve unos valores distintos en la salida. Es una máquina reversible, puede ser tanto elevador como reductor.

Principio de Funcionamiento

Formado por un circuito magnético, constituido por chapas apiladas y aisladas entre ellas para reducir las corrientes inducidas. Sobre el núcleo magnético se enrollan los circuitos eléctricos primario y secundario, cada uno con un determinado número de espiras.

Clasificación de los Transformadores de Potencia

Por su Función: Elevador, Estabilizador o Reductor.

Por Número de Fases: Monofásico o Trifásico.

Por Ubicación: Interior o Intemperie.

Por Refrigerante: Seco o Aceite.

Por Tipo de Refrigeración: Natural o Forzada.

Transformadores de Medida

Se emplean para alimentar aparatos de medida y aparatos de protección cuando los conductores pertenecen a redes de alta tensión o son recorridas por corrientes elevadas.

Circuito Magnético

Sistema formado por chapas de material ferromagnético, apilados y aislados entre ellas para reducir el flujo de dispersión.

Construcción Magnética de los Transformadores

Transformadores de Columna

Sirven para trabajar con grandes potencias. Se utilizan para equipos de soldadura eléctrica y equipos de mucha seguridad.

Transformador Acorazado

Formado por dos culatas y tres columnas. La columna central tiene el doble de seccionamiento de hierro que las dos laterales, para soportar la totalidad del flujo de las columnas laterales.

Transformador Toroidal

El núcleo tiene forma de anillo cerrado para facilitar la obtención de bobinados con relación al circuito.

Aislantes

Barnices

Aislante viscoso resistente a la humedad y a los contactos con las carcasas de protección. Tiene poder de penetración, elasticidad, resistencia al aceite, al calor, etc.

Entrecapas

Se coloca una fina capa de papel aislante (presspan, poliéster, etc.). Evita que las espiras se pongan en cortocircuito entre ellas.

Autotransformador

Transformador cuyos bobinados primario y secundario tienen partes comunes, un único bobinado que comparte sus espiras en proporción a las tensiones de entrada y salida.

Cálculo Teórico de un Transformador

Potencia del Transformador

Potencia que el transformador puede soportar en su bobinado secundario, ya que se construye teniendo en cuenta la carga que soportará en su bobinado de salida. S₁=V₁·I₁

Sección del Núcleo

Área transversal que tiene el núcleo magnético en la que va el bobinado. La sección del núcleo está relacionada directamente con la potencia del transformador. A_n=Lado·Lado

Cálculo del Número de Chapas

El número de chapas se calculará en función de la sección del núcleo, el ancho y el espesor de la chapa. Nº Chapas= 10· (A_n/ a·∆) donde A_n=Sección del Núcleo; a= Ancho de chapa; ∆= Espesor de la chapa.

Bobinado

Espiras enrolladas sobre un núcleo. Se construyen sobre un carrete aislante con hueco central para las chapas. Colocamos un taco dentro del carrete con un agujero para sujetarlo al eje de la bobinadora. El taco evita que pueda hundirse el carrete por presión del hilo.

Relación de Transformación

Es el cociente que resulta de dividir el número de espiras del primario entre el secundario. m= N₁/N₂; f.e.m= E₁= 4,44·f·N₁·ᶲ_max; E₂=4,44·f·N₂·ᶲ_max

Inducción Magnética

Cantidad de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente la unidad de superficie, se mide en Tesla. ᵝ_max= (ᶲ_max/A_n) donde ᵝ_max=Inducción máxima; ᶲ_max=Flujo máximo; A_n=Sección del Núcleo.

Número de Espiras

Despejamos N₁ y N₂ de las fórmulas anteriores N₁=E₁/ (4,44·f·ᶲ_max)

Espiras por Voltio

N/U; ( N₁/V₁)=(N₂/V₂)=(1/4,44·f·ᶲ_max)

Intensidad de los Circuitos Eléctricos

I₁=S/U₁ ; I₂=S/U₂

Sección de los Conductores

S_cu=I/ᵹ donde I=Intensidad; ᵹ= densidad de corriente eléctrica

Transformador en Vacío

P_Fe= Se producen en el transformador en vacío debido a las corrientes de Foucault, que se producen en cualquier conductor cuando está sometido a una variación del flujo. Dependerá del material con que esté hecho el núcleo magnético.

Histéresis

Es el fenómeno que se produce cuando la imantación de los materiales depende del flujo y de los estados magnéticos anteriores. La potencia perdida depende del tipo de material. P_H= K_h·f·ᵝ_max; K_h= Coeficiente de cada material; f=frecuencia; ᵝ_max=Inducción

Ensayo en Vacío

1º: Pérdidas en el Hierro = P_Fe+P_H; 2º Intensidad en Vacío; 3º Relación del transformador m= V₁/V₂; 4º Impedancia Z=V₁/I₁; 5º Potencia Aparente S_ap= V₁·I₁; 6º Ángulo de Desfase Cos ϕ=P_med/S_Ap

Transformador en Cortocircuito

P_Cu=Se determinan con el Vatímetro conectado en el primario. P_cc=P_Cu=R₁·I₁²+ R₂·I₂²

1º Resistencia R_cc=R₁+R₂; 2º Inductancia X_cc=X_d1+X_d2; 3º Impedancia Z_cc=V_cc/I₁; 4º Intensidad de Cortocircuito I_cc=V₁/(m·√R_cc²+X_cc²); 5º Factor de Potencia de Corto Cos ϕ=P_cc/(V_cc·I₁); 6º Rendimiento ᶯ=P₁/P₂; ᶯ=P_u/(P_u+P_Cu+P_Fe)