TEORIA DE TRANSFORMADOR

AUTOR:YEINIER RODRIGUEZ

¿QUE ES UN TRANSFORMADOR?

Es un elemento que transfiere energía de un circuito a otro, es decir transporta un voltaje o corriente variable utilizando el principio de inductancia magnética.

FUNCION

• La función en los transformadores es cambiar el voltaje o corriente en un sistema eléctrico, es decir puede aumentar(Transformador elevador) o disminuir (Transformador reductor) el voltaje o la corriente.

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR

• Un transformador posee dos bobinados, uno primario y uno secundario que se arrollan sobre un núcleo magnético común, formado por chapas magnéticas apiladas.

• Por el bobinado primario se conecta la tensión de entrada, y por el secundario obtendremos la tensión de salida.

• El mismo transformador puede actuar como elevador o reductor.

• El transformador es considerado como una máquina eléctrica estática, que es capaz de cambiar la tensión e intensidad en C.A. sin modificar la frecuencia ni la potencia transferida.

DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA DEL TRANSFORMADOR

• Los transformadores tienen el núcleo de hierro con forma de ventana y está constituido por numerosas chapas magnéticas de diferente espesor, apiladas unas encima de otras y aisladas entre sí mediante un barniz.

• Esta disposición reduce considerablemente las pérdidas que aparecen en el hierro por efecto de las corrientes parásitas.

DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA DEL TRANSFORMADOR

• Para formar el paquete de chapas se utilizan tornillos o remaches, procurando que queden aislados de las chapas.

• Se trata adecuadamente las superficies exteriores del núcleo para evitar la corrosión.

• Los dos bobinados aparecen arrollados sobre un carrete que abraza la columna central del núcleo.

• El conductor que se utiliza para las bobinas suele ser de cobre aislado mediante un barniz.

RENDIMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

• Se puede decir que el rendimiento de un transformador es la relación entre la potencia suministrada a la carga por el secundario (P2) y la potencia absorbida de la red por el primario (P1) expresada en tantos por ciento

CARACTERÍSTICAS NOMINALES DE UN TRANSFORMADOR

• La potencia nominal de un transformador monofásico es el producto de su tensión nominal primaria por la corriente primaria:

• Sn = Vn x In• Se entiende por tensiones y corrientes nominales los

valores para los cuales ha sido proyectado el transformador.

• La potencia nominal de un transformador es un valor de referencia y está fijado desde un punto de vista térmico.

• Cuando nosotros exigimos a un transformador que trabaje a una potencia superior a la nominal, este se calienta excesivamente

PARTES• Bobinado Primario: Transporta la corriente suministrada por la

fuente de potencia.

• Bobinado Secundario: Se encarga de inducir las corrientes que alimentan a la carga.

• Núcleo Magnético: Es el encargado de canalizar el máximo flujo magnético entre las dos bobinas.

• Terminales: Son los puntos de conexión.

PARTES

TIPOS

• De Fuerza o Poder: Son transformadores que tienen como función elevar o reducir los voltajes a valores adecuados según el trabajo a realizar.

TIPOS

• De Audio: Son aquellos que tienen como función primordial enlazar dos partes de un circuito o aparato de sonido.

TIPOS

• De Radiofrecuencia: Son aquellos forman generalmente los diversos circuitos de sintonía y los transmisores de señales de radio.

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Según funcionalidad Transformadores de potencia

Transformadores de comunicaciones

Transformadores de medida

Por los sistemas de tensiones

Monofásicos

Trifásicos

Trifásicos-exafásicos

Trifásicos-dodecafásicos

Trifásicos-monofásicos

Según tensión secundario Elevadores

Reductores

Según medio Interior

Intemperie

Según elemento refrigerante En seco

En baño de aceite

Con pyraleno

Según refrigeración Natural

Forzada

SIMBOLOS

SIMBOLOS

EL TRANSFORMADOR IDEAL

• Un transformador ideal es una máquina sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre las tensiones de entrada y de salida, y entre la intensidad de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas.

DIFERENCIAS ENTRE EL TRANSFORMADOR IDEAL Y UN TRANSFORMADOR DE NUCLEO DE AIRE

Transformador ideal: -El transformador ideal no tiene pérdidas. Ni por efecto Joule

en los devanados, ni en el núcleo por corrientes de Focauld y por Histéresis.-En vacío (es decir sin carga en el secundario) no circula nada de corriente en el primario en un transformador ideal, -El transformador ideal tiene un acoplamiento perfecto entre primario y secundario, es decir no se escapa nada del flujo magnético primario que no atraviese el secundario, cosa que no sucede en el real.-El transformador ideal no presenta capacidades parásitas entre espiras de un mismo devanado ni entre los devanados.

DIFERENCIAS ENTRE EL TRANSFORMADOR IDEAL Y UN TRANSFORMADOR DE NUCLEO DE AIRE

Transformador de nucleo de aire: -Como sabemos el paso de la electricidad produce un calor, y

en el caso que nos ocupa del transformador, este calor se considera una pérdida de potencia o de rendimiento.

-Circula una corriente para magnetizar al núcleo. - Estos tienen pérdidas en las bobinas, porque estas bobinas

(primaria y secundaria) tienen una resistencia, algo con lo que no se contaba a la hora de analizar el transformador ideal.

-Los núcleos tienen corrientes parásitas y pérdidas por histéresis, que son las que aumentan el calor o temperatura del transformador

INDUCTANCIA MUTUA

• Hasta ahora, cuando analizamos circuitos con más de una bobina, consideramos que las mismas no estaban acopladas (es decir, el flujo de cada bobina no llegaba hasta las demás). Consideremos ahora las siguientes bobinas acopladas magnéticamente:

INDUCTANCIA MUTUA

• L1 y L2 representan la autoinductancia o inductancia propia de cada bobina, mientra que M representa la inductancia mutua, el cual es un parámetro que relaciona el voltaje inducido en un circuito con la corriente variable en el tiempo de otro circuito.

• Se define como:

donde k se conoce como el coeficiente de acoplamiento y es una medida del grado en el que el flujo producido por una bobina enlaza a la otra (0£ k £ 1). Si las bobinas no están acopladas, entonces k=0.La principal aplicación de la inductancia mutua en los circuitos eléctricos se encuentra en los transformadores.

INDUCTANCIA MUTUA DE DOS ESPIRAS

• Ejemplo: Considerar dos espiras, de radios a y b, dispuestas de manera que sus centros están en el mismo eje (eje z), sus planos son perpendiculares al eje z, y sus centros están a una distancia d. Si una de las espiras es muy pequeña, d>>a, por ejemplo, es posible obtener el coeficiente de autoinducción en forma muy simple.

INDUCTANCIA MUTUA DE DOS ESPIRAS

El campo magnético, en el eje de la espira mayor (de radio a) es

Como la espira menor es muy pequeña, el campo en cualquier punto de ella debe ser constante, de valor

luego el flujo enlazado por la espira de radio b, debido a la otra espira es

INDUCTANCIA MUTUA DE DOS ESPIRAS

Con esto, el coeficiente de inducción mutua es

MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS

• La convención de punto nos permite esquematizar el circuito sin tener que preocuparnos por el sentido de los arrollamientos. Dada más de una bobina, se coloca un punto en algún terminal de cada una, de manera tal que si entran corrientes en ambas terminales con puntos (o salen), los flujos producidos por ambas corrientes se sumarán.

MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS

• Siguiendo esta convención, las bobinas acopladas presentadas previamente pueden esquematizarse de la siguiente manera:

MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS

• Regla general: si ambas corrientes entran (o salen) de los puntos, el signo del voltaje mutuo será el mismo que el del voltaje autoinducido. En otro caso, los signos serán opuestos.

MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS

Ejemplo:Si v(t)=14.14 cos(100 pi + 20°),

encontrar V2(rms) , I2(rms) y la potencia media consumida en la carga:

MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS

En la representación fasorial:

MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS

Según los sentidos elegidos para las corrientes, I1 entra a un punto e I2 sale del otro, por lo tanto el signo del voltaje mutuo será el opuesto al del voltaje autoinducido:

MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS

la manera más rápida de obtener los valores eficaces solicitados consiste en trabajar directamente con el voltaje eficaz de la fuente