Apuntes Electrotecnia IIIP, Transformador monofásico Notas Electrotecnia

Transformador monofásico Un transformador es un dispositivo electromagnético que tiene dos o más devanados enlazados por el flujo magnético variante en el tiempo(electromagnéticamente enlazados, no físicamente). En sí, consiste en un núcleo ferromagnético, el cual permite que el flujo variable en el tiempo producido en uno de sus devanados (primario), ocasione una fuerza electromotriz (fem) que se inducirá en el otro bobinado (secundario). Todos los transformadores tienen un devanado primario y uno secundario. El devanado primario recibe la energía de alguna fuente de alimentación y acopla esta energía al devanado secundario mediante un campo magnético variable. Los transformadores permiten modificar las tensiones lo cual es de gran utilidad en los sistemas de potencia. Además, permiten modificar las corrientes, lo cual es útil en los transformadores de medición. También se utilizan transformadores para hacer acoples de impedancias. Notas Electrotecnia

Transformador monofásico La potencia puede fluir en cualquier dirección, ya que cualquiera de los devanados puede usarse como primario o secundario. Notas Electrotecnia

Transformador monofásico Los núcleos están compuestos por láminas de acero aisladas unas de otras mediante una delgada cubierta de cerámica u otro material (laminados) para ayudar a minimizar las pérdidas por corrientes parásitas. Para aplicaciones de baja frecuencia se usan usualmente núcleos de hierro, pero para altas frecuencias se usan los tipos de núcleo de aire y núcleo de ferrita. El núcleo de hierro tiene pérdidas de potencia considerables debidas a la histéresis y a las corrientes parásitas a altas frecuencias (como en circuitos de radio), por esa razón no es útil como material de núcleo por arriba de 50 kHz. FERRITA: material magnético hecho de óxido de hierro en polvo Notas Electrotecnia

Transformador monofásico Los devanados se pueden arrollar en el núcleo de dos formas: enrollados en lados opuestos del núcleo(tipo núcleo), o arrollados alrededor de una sola columna para reducir el flujo de dispersión(tipo blindado o acorazado). Tipo núcleo Notas Electrotecnia Tipo acorazado

Transformador monofásico Debido a las perdidas, cuando el trafo esta en vacío, presentan una corriente de primario de 2% a 5% de la corriente de plena carga, la cual es la corriente de magnetización (o excitación) del núcleo. Pese a eso, se considera que: La potencia total entregada por la fuente en el devanado primario, es ligeramente mayor que la del secundario, esto porque para establecer un campo magnético se requiere de potencia reactiva (VARs). Notas Electrotecnia

Transformador monofásico ideal Consideraciones: 1) no se toma en cuenta la resistencia de sus bobinas 2) se desprecian sus pérdidas en el núcleo 3) se supone un flujo de dispersión despreciable 4) se supone que se necesita una corriente mínima para establecer el flujo en su núcleo. La potencia total entregada por la fuente en el devanado primario, es ligeramente mayor que la del secundario, esto porque para establecer un campo magnético se requiere de potencia reactiva (VARs). Notas Electrotecnia

Transformador monofásico ideal Relación de transformación 𝑎>1→𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑎<1→𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑁 𝑝 𝑁 𝑠 = 1000 250 =4→𝑟𝑒𝑎𝑙𝑐𝑖ó𝑛 4:1 la razón entre el voltaje del primario y el voltaje del secundario es igual a la razón de vueltas del primario con respecto a las vueltas del secundario. Esta razón se llama relación de transformación o relación de vueltas y se representa por el símbolo a La razón entre dos voltajes sinusoidales instantáneos es igual que la razón entre sus valores efectivos =𝒂 Relación de tensiones Notas Electrotecnia

Transformador monofásico ideal La relaciones de tensiones y corrientes son inversas Relación de corrientes Notas Electrotecnia

Transformador monofásico ideal Convención del punto: Las tensiones del primario y secundario pueden estar en fase o 180° desfasados, dependiendo de la conexión relativa de los devanados. Esto se expresa por medio de la polaridad, la cual es la dirección relativa de la fem inducida en cada devanado. La polaridad se puede conocer mediante la notación del punto: el punto indica por donde entra la corriente en un instante de tiempo dado en el primario, y por donde sale la corriente en el secundario. el voltaje del secundario de un transformador de núcleo de hierro está en fase con el voltaje del primario o 180º fuera de fase, dependiendo de la dirección relativa de sus devanados. Notas Electrotecnia

Transformador monofásico ideal el voltaje del secundario de un transformador de núcleo de hierro está en fase con el voltaje del primario o 180º fuera de fase, dependiendo de la dirección relativa de sus devanados. Notas Electrotecnia

Transformador monofásico ideal Convención del punto: El conocer la ubicación del punto ayuda a la hora de conectar devanados entre si, ya sea en serie (para aumentar el voltaje de especificación), o en paralelo (para aumentar la corriente especificada). Notas Electrotecnia

Transformador monofásico ideal Reflexión de impedancia Se observa que la carga parecerá más grande si a >1 (elevador) y será menor si a<1 (reductor de tensión) Notas Electrotecnia

Transformador monofásico real Perdidas en el cobre Perdidas en el cobre: -bobina por autoinducción de fugas, producido por el flujo de dispersión de los devanados -R por perdidas, Joule, R del cable Perdidas en el núcleo: -Bobina: por corriente magnetizante Im -R por perdidas efecto joule Perdidas en el núcleo Notas Electrotecnia

Transformador monofásico real Notas Electrotecnia

Transformador monofásico real Notas Electrotecnia

Transformador monofásico real Notas Electrotecnia

Transformador monofásico real Eficiencia Notas Electrotecnia

Transformador monofásico real Regulación de carga La regulación de tensión a plena carga es una medida que compara la tensión de salida del transformador sin carga (o en vacío) con la tensión de salida del transformador a plena carga para un factor de potencia dado. Un transformador altamente cargado, posee una caída de tensión elevada en su impedancia equivalente y por esto requiere de un incremento en el valor de la tensión V1 si se desea mantener la tensión V2 en el valor de operación normal de las cargas. Si se elimina la carga del secundario, en las terminales se altera el nivel de voltaje, debido al cambio en la caída de voltaje a través de las resistencias del devanado y las reactancias de dispersión. El cambio neto en el nivel de voltaje del secundario, al pasar de estar sin carga a plena carga, es lo que se conoce como regulación de tensión. Notas Electrotecnia