Ensayo De Transformadores

.ÜTronsiorinfldor en VACÍO

Como hemos visto anteriormente, el transformador está ba-sado en que la energía se puede transportar eficazmente por inducción electromagnética desde una bobina a otra por medio de un flujo variable, con un mismo circuito mag¬nético y a la misma frecuencia.

La potencia nominal o aparente de un transformador es la potencia máxima que puede proporcionar sin que se pro-duzca un calentamiento en régimen de trabajo.

Debido a las pérdidas que se producen en los bobinados por el efecto Joule y en el hierro por histéresis y por corrientes de Foucault, el transformador deberá soportar todas las pérdidas más la potencia nominal para la que ha sido proyectado.

Un transformador podrá entonces trabajar permanente-mente y en condiciones nominales de potencia, tensión, corriente y frecuencia, sin peligro de deterioro por sobre-calentamiento o de envejecimiento de conductores y ais-lantes.

■ I A. Definición

Se puede considerar un transformador ideal aquel en el que no existe ningún tipo de pérdida, ni magnética ni eléctrica.

La ausencia de pérdidas supone la inexistencia de resisten-cia e inductancia en los bobinados.

~<s:

'o

U2

U1

e2

e1

N2 N2

Fig. 4.1. Transformador ideal en vacío.

Como podemos observar en la Figura 4.1, en el transfor-mador ideal no hay dispersión de flujo magnético, por lo que el flujo se cierra íntegramente sin ningún tipo de dificul¬tad. Las tensiones cambian de valor sin producirse ninguna caída de tensión, puesto que no se producen resistencias en los bobinados primario y secundario.

En la práctica, en un transformador en vacío conectado a una red eléctrica esto no es así. Las bobinas ofrecen una determinada resistencia al paso de la corriente eléctrica, provocando una caída de tensión que se deberá tener en cuenta en ambos bobinados (R1 y R2).

Igualmente, el flujo magnético que se origina en el bobina¬do primario no se cierra en su totalidad con el secundario a través del núcleo magnético, sino que una parte de este flujo atraviesa el aislante y se cierra a través del aire.

Ambas bobinas no se enlazan por el mismo flujo, la pérdi¬da de flujo magnético se traduce en la llamada induc-tancia de dispersión (Xd); por lo tanto, a la hora de analizar las pérdidas del transformador se han de tener en cuenta estas particularidades (véase la Figura 4.2).

O Xd

1 fíV _---#_£-_-- v, /2 = 0

0 1 h

SE N1 N2 -TIT R2 ^ U2

'v"_\ - /1

'

Fig. 4.2. Esquema del transformador real en vacío.

■ IB. Pérdidas en transformación

Ninguna máquina trabaja sin producir pérdidas de poten¬cia, ya sea estática o dinámica; ahora bien, las pérdidas en las máquinas estáticas son muy pequeñas, como le sucede a los transformadores.

En un transformador se producen las siguientes pérdidas:

• Pérdidas por corriente de Foucault (PF).

• Pérdidas por histéresis fPJ.

• Pérdidas en el cobre del bobinado (PCJ.

Las pérdidas por corriente de Foucault (PF) y por histéresis (PH) son las llamadas pérdidas en el hierro (PFJ.

Cuando un transformador está en vacío, la potencia que medimos en un transformador con el circuito abierto se com¬pone de la potencia perdida en el circuito magnético y la perdida en el cobre de los bobinados.

Al ser nula la intensidad en el secundario f/¿ = 0), no apa-rece en él pérdida de potencia; por otra parte, al ser muy pequeña la intensidad del primario en vacío (l0) con res-

pecto a la intensidad en carga I2n, las pérdidas que se ori¬ginan en el cobre del bobinado primario resultan práctica¬mente insignificantes.

U 1 K\, d 1

d2 t U2

2

Fig. 4.3. Flujo principal y de dispersión de un transformador en vacío.

■ lC. Pérdidas en el hierro (PFe)

Las pérdidas de potencia en el hierro (PFe) en un transfor¬mador en vacío se producen por las corrientes de Foucault (PF) y por el fenómeno de histéresis (PH).

Para reducir la pérdida de energía, y la consiguiente pér¬dida de potencia, es necesario que los núcleos que están bajo un flujo variable no sean macizos; deberán estar cons¬truidos con chapas magnéticas de espesores mínimos, api¬ladas y aisladas entre sí.

La corriente eléctrica, al no poder circular de unas chapas a otras, tiene que hacerlo independientemente en cada una de ellas, con lo que se induce menos corriente y disminuye la potencia perdida por corrientes de Foucault. En la Figu¬ra 4.4 podemos observar cómo circula la corriente por am¬bos núcleos magnéticos.

Las corrientes de Foucault se producen en cualquier material conductor cuando se encuentra sometido a una va-riación del flujo magnético.

Como los materiales magnéticos son buenos conductores eléctricos, en los núcleos magnéticos de los transformado¬res se genera una fuerza electromotriz inducida que origi¬na corriente de circulación en los mismos, lo que da lugar a pérdidas de energía por efecto Joule.

Las pérdidas por corrientes parásitas o de Foucault depen¬derán del material del que esté constituido el núcleo mag¬nético.

Para el tipo de chapa magnética de una inducción de 1 Tes-la o 10000 Gauss, trabajando a una frecuencia de 50 Hz de laminado en frío de grano orientado, las pérdidas en el núcleo se estiman entre 0,3 W/kg y 0,5 W/kg, mientras que las pérdidas de la chapa de laminado en caliente para

Corriente inducida de valor elevado. Pérdidas WF altas

Macizo

Chapas apiladas

Varias corrientes inducidas

de valor reducido. Pérdidas

WF muy pequeñas

Fig. 4.4. Núcleos magnéticos.

la misma inducción y la misma frecuencia oscilan entre 0,8 y 1,4 W/kg.

La Tabla 4.1 indica las características de construcción, los valores magnéticos y la composición química para la de¬terminación de las pérdidas de potencia en el hierro en fun¬ción del espesor, la aleación y la inducción.

Espe-sor (mm) Tole-rancia Aleación % SI 7 Tesla

(10* Gauss)

W/kg 1,5 Tesla

1,5 • 10*

Gauss

W/kg

0,5 0,10 0,5 - 1 2,9 7,40

0,5 0,10 2,5 2,3 5,6

0,35 0,10 2,5 1,7 4

0,35 0,10 4 1,3 3,25

0,35 0,10 4,5 1,2 3

0,35 0,10 4,5 0,9 2,1

Tabla 4.1. Características para la determinación de las pérdidas de po¬tencia

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