Determinación de Perdidas magnéticas y eléctricas en un transformador

Objetivo: Determinar las perdidas magnéticas y eléctricas en un transformador.

Introducción

El transformador es un dispositivo electromagnético que sirve de enlace entre dos partes de un sistema eléctrico que generalmente operan a diferentes valores de tensión y corriente, pero siempre a la misma frecuencia.

En esencia los transformadores constan de:

• Un núcleo ferromagnético
• Dos bobinas, una de alta tensión y otra de baja tensión.
• Elementos auxiliares como son, tanque, sistema de enfriamiento, boquillas de conexión, etc.

Un transformador ideal deberá entregar la misma potencia que recibe, por lo tanto:

[pic 1]

[pic 2]

Donde:

• VH=Voltaje en alta tensión
• VX=Voltaje en baja tensión
•  = factor de potencia[pic 3]

De las ecuaciones anteriores podemos deducir que por el devanado de alta tensión circula una corriente pequeña y por el de baja tensión circula una corriente grande. La relación de alta tensión a baja tensión recibe el nombre de Relación de transformación.  

Las condiciones ideales no se verifican en un transformador real en operación, debido a las perdidas asociadas a todo proceso de transformación de energía; para el caso del transformador las podemos clasificar en:

1. Pérdidas eléctricas
2. Perdidas magnéticas

Pérdidas eléctricas: Dentro de las perdidas eléctricas podemos considerar:

1. Pérdidas de energía debidas al calentamiento del conductor de los devanados: El devanada de alta tensión está formado por un conductor largo y delgado, debido al número elevado de vueltas y a la corriente baja que circula por él debe tener una resistencia apreciable. El devanado de baja tensión es de menor longitud y más grueso que el de alta, de manera que su resistencia es apreciablemente menor.
2. Perdidas de tensión por flujo disperso: Aunque el núcleo ferromagnético tiene una permeabilidad elevada, su valor no es tan grande para encerrar el 100 % del flujo producido de manera que algunas líneas magnéticas se cierran a través del aire, es decir por fuera del núcleo. Estos flujos actúan como como reactancias incluidas en los circuitos a través de las cuales hay pérdidas de voltaje, pero no de energía.

Perdidas magnéticas: Se subdividen en dos grupos:

1. Perdidas por histéresis: La curva de histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma tiene características similares.
2. Pérdidas por corrientes parasitas: Considerando que el material ferromagnético de que está constituido el núcleo, es además conductor eléctrico, el flujo magnético variable en su interior del propio núcleo motiva que se constituyan fibras eléctricas en forma de anillos alrededor de las líneas magnéticas, provocando fuerzas electromotrices inducidas y en consecuencia circulación de corriente (corrientes parasitas) provocando otro calentamiento adicional al núcleo.

Circuito equivalente del Transformador

Para efectos de análisis, recurrimos a un artificio que es un circuito pasivo, en el que eliminamos el acoplamiento magnético y los valores se procesan a un solo nivel d voltaje. Los parámetros deben adoptar valores referidos al nivel de voltaje al que se efectué en análisis.

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