TRANSFORMADORES ELECTRICOS


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 Hace algo más de un siglo que se inventó el Transformador. Este dispositivo ha hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores de electricidad (centrales eléctricas) de los consumidores.

transformadores electricos

 Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna manteniendo constante la potencia (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la potencia que se obtiene a la salida).

 Aunque el transformador aumente la tensión de un lado a otro (del primario al secundario) el producto de la V x I, que es la potencia, permanece constante.

 Recuerda: Potencia = Tension x Intensidad

 ¡Ojo! NO hay transformadores de corriente continua, solo hay de corriente alterna. Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta 230V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. precisamente porque que existen transformadores, que nos permiten aumentar la tensión a la salida de la central eléctrica para transportarla y posteriormente disminuirla para utilizarla en las viviendas, industrias, etc. Nunca se transporta en c.c..

Funcionamento del Transformador

 Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética. Recordamos que La inducción electromagnética es generar corriente eléctrica (inducida) por medio de un campo magnético.

 De forma muy resumida, suficiente para entender el funcionamiento del trafo:

 - Oersted descubrió que por un cable (o bobina de espiras) por el que circula una corriente eléctrica se crea a su alrededor un campo magnético. Este campo se expresa mediante el llamado flujo magnético.

- Faraday descubrió lo contrario, que un campo magnético variable que se mueva o varíe cortando a un conductor, hace que se genere una diferencia de potencial (tensión) en los extremos del conductor. Si aplicamos una carga en los extremos aparece una corriente que circula por la carga debído a la tensión que había en los extremos.

 Si quieres saber más pincha en el siguiente enlace: inducción electromagnética

 En su forma más simple, un transformador esta formado por dos bobinas de conductores con espiras enrolladas (devanado) sobre un núcleo cerrado de hierro dulce (núcleo magnético). Este conjunto de vueltas se denominan: Bobina o Devanado Primario al que recibe el voltaje de entrada y Bobina secundaria o Secundario a aquella que entrega el voltaje transformado o de salida. La representación esquemática del transformador es la siguiente:

esquema transformador

 Un transformador real sería como el siguiente:

transformador electrico

 La bobina primaria recibe una tensión por lo que se crea una fuerza electromotriz (fem) en las espiras lo que provoca que circule por las espiras una corriente alterna. Esta corriente inducirá (crea) un flujo magnético (Φl1)  en el núcleo magnético del transformador (según Oersted). Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo que el del primario, el flujo magnético circulará a través del núcleo hasta llegar a las espiras del bobinado secundario.

 Este flujo magnético atraviesa las espiras del Secundario (Φl2) generando una fuerza electromotriz (fem) en las espiras del secundario y una fuerza electromotriz (fem) en los extremos del devanado secundario (según Faraday).

transformador ideal

 Si ahora conectamos una carga (resistencia por ejemplo) en los extremos del devanado secundario, como se ha generado una tensión en sus extremos, tendremos una corriente eléctrica que circulará por la carga.

 En definitiva lo que hace un transformador eléctrico es mediante una bobina de conductor inducir magnéticamente una tensión en otra bobina situada cerca de la primera.

 La relación de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de voltaje (multiplicador). Si en el secundario hay la mitad de vueltas que en el primario, en el secundario tendremos la mitad de tensión que en el primario (reductor).

 La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

formula transformadores

 Recuerda fem será en el interior del trafo, la de las bobinas, tensión sera fuera del trafo, la que metemos o la que sacamos. Si el transformador es ideal (no tiene pérdidas, como el de la imagen de arriba) las tensiones son iguales a las fuerzas electromotrices (fem). Entonces:

 Vp/Vs = Np/Ns

 Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado.

 Cuando el secundario tiene un mayor numero de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje.

 Cuando el secundario tiene un numero menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado secundario.

 Si se supone que el transformador es ideal, o sea, se desprecian las pérdidas por calor, en el hierro y otras, entonces las fem y las tensiónes serán iguales. Además como ya vimos la potencia entregada en el primario y la recibida en el secundario serán las mismas.

 Potencia de entrada en el primario (Pp) = Potencia de salida en el secundario (Ps);  Pp = Ps

 Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula:

 Potencia (P) = Voltaje (V) x corriente (I) P = V x I (watts)

 Tenemos que Vp x Ip = Vs x Is; pasando las tensiones a un lado de la ecuacion y las intensidades al otro, tenemos:

 Vp/Vs = Is/Ip; recuerda que Vp/Vs=Np/Ns.

 Para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip (corriente en el primario), Np (espiras en el primario) y Ns (espiras en el secundario) se utiliza siguiente fórmula:

 Is/Ip = Np / Ns; Si despejamos de la fórmula la Is, tenemos que Is = (Np x Ip) / Ns


transformadores

TIPOS DE TRANSFORMADORES

 En función de su tensión de utilización tenemos 2 tipos, los explicados anteriormente, que son los transformadores monofásicos, y los transformadores trifásicos, que utilizan una alimentación trifásica de entrada y de salida (pincha en el enlace si quieres saber más sobre estos últimos). Pero a parte de su alimentación tenemos muchas más tipos de transformadores.

Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi

 Descripción: Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite.

 Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

 Características Generales: Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación.

 Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

El transformador de núcleo distribuido

 Descripción: Tiene un núcleo central y cuatro ramas exteriores. Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos.

 Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.

El transformador de núcleo arrollado

 Descripción: El núcleo consiste en una tira de hierro arrollado en forma de espiral en torno a una bobina preformada. Los transformadores se pueden refrigerar con circulación natural o forzada de aire, pero su tensión nominal viene limitada por la baja rigidez dieléctrica del aire.

 El aire (o el Askerol o Pyranol) sirve tanto para aislante como para refrigerante. Los transformadores se pueden refrigerar mediante circulación natural o forzada en aceite. Para aumentar la superficie disipadora del calor, se sueldan los tubos de la cubierta o se empernan radiadores a ella. Para gobernar la tensión y la fase, algunos transformadores están equipados de mecanismos de tomas variables.

 Cuando se eleva la temperatura del transformador a causa de la carga, el aire o gas que se halle dentro del transformador se dilata y es expulsado; cuando se enfría el transformador, se contrae el aire o gas y penetra aire del exterior que contiene oxigeno y humedad.

 A este efecto se le da el nombre de respiración. La humedad y el oxigeno deterioran el sistema y ensucian el aceite. Para evitar esto, se emplea nitrógeno y un respirador elimina el oxigeno y la humedad del aire que penetra. Un pequeño tanque de expansión, llamado conservador, montado sobre la cubierta del transformador, reduce mucho la superficie del aceite expuesta al gas.

Los transformadores Auto Protegidos

Aplicaciones: El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión.

 Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque. Características Potencia: 45 a 150KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 380/220 o 220/127V

El transformador de núcleo

 Descripción: Los devanados rodean al núcleo. Éste está constituido por láminas rectangulares o en forma de L que se ensamblan y solapan alternativamente en capas adyacentes.

 En los transformadores trifásico de núcleo hay tres núcleos unidos por sus partes superior e inferior mediante un yugo y sobre cada núcleo se devanan el primario y el secundario de cada fase. Este dispositivo es posible porque, en todo momento, la suma de los flujos es nula.

 Invirtiendo las conexiones de las bobinas centrales en el transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos entre las ventanas es igual al valor que se obtendría sin invertir las conexiones, divididas por raíz de 3. El transformador trifásico mas compacto y ligero que los tres transformadores monofásicos equivalentes, pero disminuye la flexibilidad del sistema.

 En un auto transformador, parte del devanado es común a primario y secundario. Tan solo se transforma una parte de la potencia, yendo la restante de la carga por conducción. Cuando la razón de transformación es próxima ala unidad o es pequeña, se ahorra mucho material y pérdidas adoptando este sistema en vez del transformador clásico aparente.

Los transformadores Rurales

 Descripción: Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.

Los transformadores Herméticos de Llenado Integral

 Descripción: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Características Generales: Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

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