Perdidas de potencia en el transformador

1. .
PERDIDAS DE POTENCIA-EFICIENCIA EN TRANSFORMADORES
Jorge Andrés Aucay Pauta
Luis Fernando Fernández Cruz
Xavier Andrés Cárdenas
Universidad Politécnica Salesiana
Carrera de Ingeniería Eléctrica
e-mail: andy.donkey@hotmail.com
nandojudok90@hotmail.com
x.a.cc@hotmail.com
RESUMEN: En el presente ensayo transformadores reveló lentamente los
expondré temas como las pérdidas de potencia principios básicos de los transformadores, pero
en el transformador y su eficiencia; recién en 1880 apareció un diseño mejorado y
empezando por recalcar usos, funcionamiento, mas optimo. Entre 1884 y 1885, los ingenieros
principios; entre otras propiedades de este húngaros Zipernowsky, Bláthy y Deri de la
elemento eléctrico. Trataré además de compañía Ganz crearon en Budapest el modelo
explicar de manera concreta y con ejemplos “ZBD” de transformador de corriente alterna,
las distintas perdidas dependiendo de su basado en un diseño de Gaulard y Gibbs
especie y en donde se originan. Para alcanzar (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de
todo esto también expondré un marco teórico núcleo abierto). Descubrieron la fórmula
acerca de los transformadores, empezando por matemática de los transformadores:
sus tipos y usos entre otros temas de
conocimiento.
1 INTRODUCCIÓN
Debemos recordar que tiempo atrás la En un transformador eléctrico, al igual que en
conducción de la electricidad fue un gran todas las máquinas eléctricas, hay pérdidas de
inconveniente, debido a los voltajes que se potencia. Por tratarse de una máquina estática,
pretendía trasladar y de las distancias que no existen pérdidas de potencia de origen
requería realizar este proceso. La necesidad de mecánico en un transformador y éstas se
buscar alternativas para ese transporte de reducen a las del hierro del circuito magnético
electricidad dio paso a lo que hoy conocemos y las del cobre de los bobinados o también la
como transformadores. Un transformador es eficiencia del transformador. Estos son los
un aparato estático que, por inducción puntos que se analizara en este ensayo.
electromagnética, transforma la tensión y 2 DESAROLLO DEL TEMA
corriente alternas entre dos y más devanados
con igual frecuencia y, por lo general, distintos 2.1 EL TRANSFORMADOR
valores de la tensión y de la corriente. Son
muchos y variados los tipos de transformador Un transformador es un aparato con el que se
existentes, y de uso actual en electrónica y puede convertir una tensión alterna en otra
electricidad industrial donde resulta más alta o más baja, y consta de dos bobinas
insustituible para sus objetivos. El principio de acopladas magnéticamente. La tensión
funcionamiento que vamos a tratar es igual inducida en la bobina acoplada depende de la
para todos. El funcionamiento del autoinducción de estas bobinas y de su número
transformador fue descubierto por Michael de espiras. Además, dicha tensión depende
Faraday .En la década de los 1830 y 1870 los también e la fuerza del acoplamiento o de la
esfuerzos por construir mejor diseños de distancia entre las bobinas y de su posición
1

2. .
mutua. Por lo general, las bobinas de un eligiendo adecuadamente la relación de espiras
transformador están acopladas muy necesaria. Se puede expresar así:
fuertemente, por lo que la inducción mutua y E1/E2 = n1/n2
el valor de acoplamiento son grandes y el Si conectamos ahora una resistencia al
efecto de inducción conversión de una de las secundario del transformador, consumirá cierta
tensiones en otra) es también grande. Si se energía que supondremos de 100W. Esta
considera el transformador desde una de las energía se toma de la fuente de alimentación a
bobinas, a la que se aplica la tensión alterna, través del transformador, por lo que es
dicha bobina se llama devanado primario, en indudable que dicha energía habrá de ser
tanto a la acoplada se le llama devanado suministrada por la fuente. Dejando de lado las
secundario. El principio fundamental de un pérdidas propias del transformador, la
transformador se ha representado en la Figura mencionada energía de 100W tendría que
1, suministrarse por la fuente de alimentación a
la resistencia mediante los devanados primario
y secundario, y su valor será igual a E x I. Si la
tensión del primario es de 100V, como ya
dijimos, para la potencia de 100W su corriente
deberá ser de 1A y si la tensión del secundario
es de 20V, para esa misma potencia de 100W
su corriente será 0,5A. Por lo tanto, la relación
en que se encuentran las corrientes primaria y
secundaria es inversa a la de las tensiones, lo
Figura 1 que se puede expresar:
I1/I2 = E2/E1
Los transformadores de B.F. pueden destinarse
Donde S1 es el devanado primario y S2 el a la alimentación del equipo o pueden ser de
secundario, constituidos respectivamente por acoplamiento entre dos pasos de B.F. Sus
n1 y n2 espiras. Supongamos que el primario componentes más importantes son los
se conecta a una tensión alterna de 100V y que devanados, el carrete y el núcleo. Los
está formado por 100 espiras (n1=100), y el devanados se componen de un cierto número
secundario 50 espiras (n2=50). Al pasar una de espiras que se disponen en capas
corriente alterna por el primario se induce una superpuestas. El hilo es de cobre esmaltado.
tensión en todas las espiras, tanto primarias Entre las capas de los devanados se coloca
como secundarias. De este modo, en el alguna sustancia aislante. El carrete es un
primario se induce una tensión igual y opuesta soporte de papel claro o cartón baquelizado
a la aplicada, que valdrá 100V, lo que que algunas veces va provisto de aletas
corresponde a 1V por espira. Como el laterales, como se puede ver en la Figura 2,
devanado secundario tiene 50 espiras, se aunque los transformadores actuales
producirá en él una tensión de 50 V. De ello se prescinden de esta unidad.
deduce que la tensión es proporcional al
número de espiras de los devanados. En el
caso que estamos tratando, la relación de
espiras es de 100/50 = 2/1, por lo que la
relación de tensión será también de 2/1. Por lo
tanto, la tensión del primario se ha reducido en
el secundario. Si la cantidad de espiras del
secundario fuese 200 en vez de 50, la tensión
sería de 200 V, puesto que la relación de
espiras sería de 200/100 = 2. Vemos que se
puede obtener en el secundario de un
transformador cualquier tensión que se desee,
2

3. .
tensiones precisas para la alimentación de los
circuitos electrónicos del aparato que se trate.
Figura 4
Figura 2
Hemos referido los principios fundamentales
de funcionamiento del transformador tomando
El núcleo se compone de un número de chapas como referencia el utilizado para baja
delgadas, aisladas entre si (figura 3). Este frecuencia. También son utiliza dos para altas
material se utiliza en casi todos los frecuencias con diferente objetivo y ejecución,
transformadores, debido a sus buenas en adaptación de impedancias, etc. El
cualidades. Al templar las chapas se produce transporte de energía eléctrica desde la central
en ellas una capita de óxido que sirve de generadora a cualquier punto distante no sería
aislante entre las mismas y que es necesaria posible sin la utilización de transformadores.
para limitar las consecuencias de las corrientes Elevan la tensión a miles de voltios con la
de Foucault. Hay muchas formas de núcleos, consiguiente disminución de la intensidad;
aunque aquí nos referimos a las llamadas factor éste último que determina la sección del
chapas en E, que se disponen una a hilo que se utiliza, a menor intensidad menor
continuación de otra, como se indica en la sección del hilo o cable, hecho éste
Figura 3. imprescindible para el transporte de la energía.
Se trata de transformadores de grandes
dimensiones y que suelen introducirse en
aceite especial para su refrigeración. Son
muchos tipos de transformador los que existen
y para muy variadas funciones, y también hay
diversidad de materiales utilizados para su
fabricación que las nuevas tecnologías están
aportando. Pero el principio de funcionamiento
es el que de forma sencilla y elemental hemos
expuesto. En futuros artículos sobre este
singular aparato ofreceremos el cálculo total
para su fabricación. También presentaremos de
forma más extensa los diferentes tipos de
transformadores utilizados en la actualidad.
Figura 3
La Figura 4 representa un transformador de 2.2 TRANSFORMADOR EN VACÍO
alimentación compuesto por cuatro devanados,
el primario se conecta a la red de alimentación, Como hemos visto anteriormente, el
el resto de devanados suministran diferentes
3

4. .
transformador está basado en que la energía se Las bobinas ofrecen una determinada
puede transportar eficazmente por inducción resistencia al paso de la corriente eléctrica,
electromagnética desde una bobina a otra por provocando una caída de tensión que se deberá
medio de un flujo variable, con un mismo tener en cuenta en ambos bobinados (R1 y
circuito magnético y a la misma frecuencia. La R2).
potencia nominal o aparente de un Igualmente, el flujo magnético que se origina
transformador es la en el bobinado primario no se cierra en su
potencia máxima que puede proporcionar sin totalidad con el secundario a través del núcleo
que se produzca un calentamiento en régimen magnético, sino que una parte de este flujo
de trabajo. Debido a las pérdidas que se atraviesa el aislante y se cierra a través del
producen en los bobinados por el efecto Joule aire.
y en el hierro por histéresis y por corrientes de Ambas bobinas no se enlazan por el mismo
Foucault, el transformador deberá soportar flujo, la pérdida de flujo magnético se traduce
todas las pérdidas más la potencia nominal en la llamada inductancia de dispersión (Xd);
para la que ha sido proyectado. Un por lo tanto, a la hora de analizar las pérdidas
transformador podrá entonces trabajar del transformador se han de tener en cuenta
permanentemente y en condiciones nominales estas particularidades (véase la Figura 6).
de potencia, tensión, corriente y frecuencia, sin
peligro de deterioro por sobrecalentamiento o
de envejecimiento de conductores y aislantes.
2.2.1 DEFINICIÓN
Se puede considerar un transformador ideal
aquel en el que no existe ningún tipo de
pérdida, ni magnética ni eléctrica.
Figura 6
La ausencia de pérdidas supone la inexistencia
de resistencia e inductancia en los bobinados.
3 PERDIDAS EN
TRANSFORMACIÓN
Ninguna máquina trabaja sin producir pérdidas
de potencia, 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
Figura 5 siguientes pérdidas:
• Pérdidas por corriente de Foucault (PF).
• Pérdidas por histéresis (PH).
Como podemos observar en la Figura 5, en el • Pérdidas en el cobre del bobinado (Pcu).
transformador ideal no hay dispersión de flujo Las pérdidas por corriente de Foucault (PF) y
magnético, por lo que el flujo se cierra por histéresis (PH) son las llamadas pérdidas
íntegramente sin ningún tipo de dificultad. Las en el hierro (PFe).
tensiones cambian de valor sin producirse Cuando un transformador está en vacío, la
ninguna caída de tensión, puesto que no se potencia que medimos en un transformador
producen resistencias en los bobinados con el circuito abierto se compone de la
primario y secundario. potencia perdida en el circuito magnético y la
En la práctica, en un transformador en vacío perdida en el cobre de los bobinados.
conectado a una red eléctrica esto no es así. pequeña la intensidad del primario en vacío
(I0) con respecto a la ntensidad en carga I2n,
4

5. .
las pérdidas que se originan en el cobre del Foucault dependerán del material del que
bobinado primario resultan prácticamente esté constituido el núcleo magnético.
insignificantes. Para el tipo de chapa magnética de una
inducción de 1 Tesla o 10 000 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
Figura 7
3.1 PÉRDIDAS EN EL HIERRO (PFe)
Las pérdidas de potencia en el hierro
(PFe) en un transformador 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 pérdida de potencia, es
necesario que los núcleos que están bajo
un flujo variable no sean macizos; Figura 8
deberán estar construidos con chapas Núcleos Magnéticos
magnéticas de espesores mínimos, la misma inducción y la misma frecuencia
apiladas y aisladas entre sí. oscilan entre 0,8y 1,4 W/kg.
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 La Tabla 1 indica las características de
disminuye la potencia perdida por construcción, los valores magnéticos y la
corrientes de Foucault. En la Figura 8 composición química para la
podemos observar cómo circula la determinación de las pérdidas de potencia
corriente por ambos núcleos magnéticos. en el hierro en función del espesor, la
Las corrientes de Foucault se producen aleación y la inducción.
en cualquier material conductor cuando se
encuentra sometido a una variación del
flujo magnético.
Como los materiales magnéticos son
buenos conductores eléctricos, en los
núcleos magnéticos de los
transformadores se genera una fuerza
electromotriz inducida que origina
corriente de circulación en los mismos, lo
que da lugar a pérdidas de energía por
efecto Joule.
Las pérdidas por corrientes parásitas o de
5

6. .
el sentido del campo. Al decrecer el
campo, la mayoría de los imanes
elementales recobran su posición inicial,
sin embargo, otros no llegan a alcanzarla
debido a los rozamientos moleculares
conservando en mayor o menor grado
parte de su orientación forzada, haciendo
que persista un magnetismo remanente
que obligue a cierto retraso de la
inducción respecto de la intensidad de
campo.
Las pérdidas por histéresis representan
TABLA 1 una pérdida de energía que se manifiesta
en forma de calor en los núcleos
CARACTERÍSTICAS PARA LA magnéticos. Con el fin de reducir al
DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS máximo estas pérdidas, los núcleos se
DE POTENCIA (W/KG). construyen de materiales magnéticos de
características especiales.
La pérdida de potencia es directamente
Para el cálculo de las pérdidas en el hierro proporcional al área de la curva de
por las corrientes de Foucault histéresis.
recurriremos a la Fórmula 1 que indica
que las pérdidas en el hierro son
proporcionales al cuadrado de la
inducción y al cuadrado de la frecuencia.
FÓRMULA 1
Dónde:
Figura 9
PF = pérdidas por corrientes de Foucault
en W/kg
f = frecuencia en Hz La histéresis magnética es el fenómeno
que se origina cuando la imantación de
algunos materiales ferromagnéticos no
mm depende solo del flujo sino además
De la fórmula anterior se deduce que el dependen de los estados magnéticos
cambio de frecuencia de 50 a 60 Hz, por anteriores.
ejemplo, hace que aumenten las pérdidas Cuando se trata de los transformadores,
en el transformador. al someter el material magnético a un flujo
que varía con el tiempo se produce una
3.2 HISTÉRESIS MAGNÉTICA imantación que se mantiene al cortar el
flujo variable, esto provoca una pérdida de
Se produce histéresis al someter al núcleo energía que como habíamos manifestado
a un campo creciente, los imanes se expresa en forma de calor.
elementales giran para orientarse según
6

7. .
Para la frecuencia de 60Hz será:
Figura10
La potencia que se pierde debido a la Esto indica que cuanto mayor sea la
histéresis depende tanto del tipo de frecuencia, mayores serán las pérdidas
material aunque también se le puede por corrientes de Foucault.
considerar a la frecuencia.
Para el cálculo de las pérdidas debido a la La histéresis magnética es el fenómeno
histéresis utilizamos la ecuación de que se produce cuando la imantación de
Steinmetz que se muestra a continuación los materiales ferromagnéticos no sólo
depende del valor del flujo, sino también
de los estados magnéticos anteriores. En
el caso de los transformadores, al someter
el material magnético a un flujo variable
se produce una imantación que se
mantiene al cesar el flujo variable, lo que
provoca una pérdida de energía que se
justifica en forma de calor.
Caso Práctico 1
Tenemos un transformador que trabaja a
una frecuencia de 50 Hz, con una chapa
magnética que tiene un espesor de 0,35
mm y una inducción magnética de 1 Tesla
o 10 000 Gauss. Lo vamos a conectar a
una red de 60 Hz de frecuencia. ¿Cuáles
serán las pérdidas el hierro conectado a la
red de 50 Hz? ¿Cuáles serán las pérdidas
en el hierro conectado a la red de 60 HZ?
Si aplicamos la Fórmula 4.1, para una
frecuencia de 50 Hz serán:
Figura11 Ciclo de histéresis
A Comienzo del ciclo de imanación Que,
al aumentar la intensidad, llega a F
7

8. .
D Extremo del ciclo a máxima intensidad Figura12.Ciclo de histéresis de dos
negativa materiales diferentes.
CDEDC Área de Histéresis
AC = Hc Fuerza de campo coercitiva 1 Área de pérdidas para hierro dulce
AB = Br Magnetismo remanente 2 Área de pérdidas para acero templado
(AB), el acero templado tiene mayor
La potencia perdida por histéresis fuerza coercitiva (C’A) que el hierro dulce
depende esencialmente del tipo de (CA)
material; también puede depender de la
frecuencia, pero como la frecuencia en
una misma zona o país siempre es la Caso Práctico 2
misma, la inducción magnética dependerá
del tipo de chapa. A través de la fórmula Tenemos un transformador que trabaja a
de Steinmetz una frecuencia de 50 Hz, con una chapa
(Fórmula 4.2) se determinarán las magnética de una inducción de 1,2 Tesla
pérdidas por histéresis. (12 000 Gauss), conectado a una red de
El coeficiente de chapa oscila entre 50 Hz de frecuencia. El peso del núcleo
0,0015 y 0,003, aunque baja hasta 0,007 del transformador es de 3 kg. ¿Cuáles
en hierro de muy buena calidad. serán las pérdidas por histéresis del
núcleo magnético?
Fórmula 4.2
Si aplicamos la Fórmula 4.2 de Steinmetz
y el coeficiente de histéresis tiene un valor
de 0,002, la potencia perdida en el núcleo
Kh = coeficiente de cada material por histéresis será:
F = frecuencia en Hz
nPH = Kh · f · max = 0,002 · 50 · 1,22 =
PH = pérdida por histéresis en W/kg 0,144 W/kg
Por lo tanto, la pérdida por histéresis del
núcleo será:
PHT = PH · peso del hierro = 0,144 · 3 =
0,432 W
Las pérdidas de potencia en el hierro
(PFe) o en el núcleo magnético son la
suma correspondiente a las pérdidas por
Foucault (PF) y por histéresis (PH), como
indica la siguiente fórmula:
Fórmula 4.3
PF + PH = PFe
Caso Práctico 3
Tenemos un transformador conectado a
una red de 50Hz de frecuencia con una
chapa magnética de 0,9 Tesla (9 000
8

9. .
Gauss) de inducción. El peso del núcleo 3.3 ENSAYO VACÍO
del transformador es de 12 kg. El espesor
de la chapa del núcleo es de 0,35 mm y el El ensayo en vacío proporciona, a través
coeficiente de histéresis es 0,002. de las medidas de tensión, intensidad y
potencia en el bobinado primario, los
Calcula la potencia perdida en el hierro. valores directos de la potencia perdida en
el hierro, y deja abierto el bobinado
secundario. Por lo tanto, este bobinado no
Comenzaremos calculando la potencia será recorrido por ninguna intensidad, y
perdida por no se tendrán en cuenta los ínfimos
Foucault. valores de las pérdidas en el cobre para
este ensayo.
Los principales datos que hay que
determinar en el ensayo en vacío son:
Las pérdidas en el hierro a través de la
lectura del vatímetro (W1) en el bobinado
primario, entendiendo que la P10 es la
Las pérdidas totales por Foucault serán: potencia medida en el vatímetro (W1).
PFT = PF · peso del núcleo (PFe = P10)
PFT = 0,545 · 12 = 6,54 W
La intensidad en vacío del primario a
Las pérdidas por histéresis serán: través del amperímetro (A1).
PH = Kh · f · n La relación de transformación (m):
PH = 0,002 · 50 · 0,916 No obstante, las pérdidas en el hierro se
pueden determinar midiendo la potencia
PH = 0, 0844 W/kg consumida por el transformador en vacío
mediante vatímetro, como podremos
Las pérdidas totales por histéresis serán: comprobar en el ensayo correspondiente,
que recibe el nombre de ensayo en vacío.
Para las pérdidas totales en el núcleo
magnético, recurriremos a la Fórmula 4.3: La potencia aparente en vacío (Ssap):
PFe = PF + PH = 6,54 + 1,01 = 7,55 W Ssap = U1n · I10
No obstante, las pérdidas en el hierro se
pueden determinar midiendo la potencia
consumida por el transformador en vacío El ángulo de desfase (ϕ) o factor de
mediante vatímetro, como podremos potencia de vacío:
comprobar en el ensayo correspondiente,
que recibe el nombre de ensayo en vacío.
9

10. .
El ensayo en vacío proporciona, a través mediante vatímetro, como podremos
de las medidas de tensión, intensidad y comprobar en el ensayo correspondiente,
potencia en el bobinado primario, los que recibe el nombre de ensayo en vacío.
En vacío, el coseno de ϕ10 coincide
aproximadamente con el cos ϕ20 (cos ϕ10 En el ensayo en vacío, al estar abierto el
≅ bobinado secundario, no circula ninguna
intensidad por éste, lo que permite que las
tensiones primarias y secundarias sean
exactas a las previstas en cada bobinado.
Por lo tanto:
Figura13.Esquema eléctrico del ensayo La potencia perdida que hemos medido
de un transformador en vacío. con el vatímetro en el bobinado primario
del transformador en vacío corresponde a
G Fuente de alimentación de corriente las pérdidas en el hierro y en el cobre.
alterna regulable (Autotransformador
regulable) P10 = 2,2 W
La potencia perdida en el cobre se puede
Caso Práctico 4 calcular mediante la resistencia del
bobinado y el cuadrado de la intensidad
Calcula la potencia aparente y el factor de del primario (I10)2.
potencia en vacío de un transformador
partiendo de los siguientes datos: La resistencia del cobre medido con un
óhmetro nos da 2,4 Ω y la potencia del
cobre será:
Pcu = Rcu · (I10)2 = 2,4 · 0,0812 = 0,0015
W
Este resultado indica que la potencia que
se pierde por el cobre del bobinado se
puede despreciar con respecto a las
pérdidas en el núcleo por las corrientes de
Foucault y por el fenómeno de histéresis,
en cualquier ensayo en vacío.
Con los resultados obtenidos podemos
calcular: La impedancia se determinará conocida la
tensión y la intensidad del primario:
La relación de transformación (m).
La potencia activa en vacío (P10).
La impedancia (Z).
La potencia aparente (Ssap).
El ángulo de desfase ϕ
La potencia aparente se determinará
la intensidad de corriente.
conocida la tensión y la intensidad del
No obstante, las pérdidas en el hierro se
primario:
suelen determinar midiendo la potencia
consumida por el transformador en vacío
10

11. .
Ssap = U1n · I1 = 380 · 0,081 = 30,78 VA 4. Procederemos a localizar los
aparatos de medidas necesarios
El ángulo de desfase ϕ entre la tensión y para realizar todas las medidas que
la intensidadde corriente. el ensayo requiere, y un
autotransformador regulable para
disponer de diferentes valores de
las tensiones. Para eso recurrimos
al esquema de montaje que
tenemos en la Figura 4.7.
Hay que tener en cuenta algunas
consideraciones cuando se producen 5. Realizaremos el montaje de los
pérdidas en el hierro o en vacío de un elementos que requieren el ensayo
transformador; estas pérdidas tienen según el esquema de montaje.
bastante importancia durante su
explotación, ya que por ella misma 6. Procederemos a realizar las
provoca un consumo de energía incluso medidas pertinentes, anotando en
cuando el transformador no tiene un cuadro de valores todos los
consumo. datos que los aparatos de medidas
nos vayan aportando, como indica
el protocolo de ensayos.
En los momentos que no tiene consumo
exterior, esta energía deberá ser abonada
por el usuario, debido a que los 7. Cotejaremos los datos obtenidos
contadores de energía se conectan con los cálculos previos,
siempre en los primarios de los procederemos a determinar la
transformadores de los centros de potencia perdida y redactaremos
transformación. las conclusiones.
También se ha comprobado que las Denominaremos protocolo de ensayo al
pérdidas en el hierro son documento que recoge el proceso que
aproximadamente proporcionales al hemos expuesto anteriormente. Este
cuadrado de la inducción, por lo que al protocolo se realiza también con los
usuario le interesan inducciones bajas; ensayos del transformador en carga y en
pero el interés de los constructores de cortocircuito, como veremos más
transformadores es dar un valor tan adelante.
elevado como puedan.
Para realizar el ensayo de un 3.4 TRANSFORMADOR EN
transformador, deberemos seguir un CORTOCIRCUITO
determinado orden, que puede ser éste:
En los transformadores, al igual que en
1. Determinar las características del cualquier dispositivo eléctrico, se
transformador. producen pérdidas de potencia; una parte
de éstas se producen ya en vacío y se
2. Exponer los objetivos del ensayo. mantienen constantes e invariables en
carga.
3. Diseñar el esquema de montaje del
ensayo (puede ser como el de la
Figura 4.7) y realizar los cálculos
previos.
11

12. .
está en carga.
En la práctica, la Ucc se da en valores
porcentuales oscila entre un 4 % y un 10
% de la tensión nominal U1n. En
transformadores de distribución, la tensión
nominal se representa con la letra u
minúscula seguida de cc, que indica el
Figura14.Circuito equivalente de
valor en cortocircuito (Ucc), así como en
resistencias e inductancias de un
las demás magnitudes, como son las
transformador en cortocircuito.
impedancias, las inductancias, etc.
Ensayo en cortocircuito
Con el ensayo en cortocircuito,
conseguimos las intensidades nominales 3.5 RENDIMIENTO DE UN
en los dos bobinados, aplicando una TRANSFORMADOR
pequeña tensión al primario y
cortocircuitando el secundario con un El rendimiento de un transformador se
amperímetro (el amperímetro tiene una define como la relación entre la potencia
resistencia prácticamente nula), como se de salida y la potencia absorbida de la red
muestra en las figuras 15 y 16. por el transformador.
Para determinar el rendimiento de un
transformador de una madera rápida y
directa podemos medir con un vatímetro
la potencia del bobinado primario y de
Figura15.Esquema de montaje de un igual forma con otro vatímetro la potencia
transformador en cortocircuito. del bobinado secundario, de tal forma que
el rendimiento del transformador vendrá
determinado por el coeficiente que resulte
El procedimiento es el siguiente: entre estos dos valores
Otra manera de calcular la eficiencia en
Con un autotransformador regulable y un transformador es determinado el
comenzando desde cero, aplicamos cociente de la potencia de salida y la
progresivamente la tensión, que se potencia de entrada, sumándole las
incrementa voltio a voltio, hasta conseguir perdidas en el cobre y en el hierro.
las intensidades nominales en los dos
bobinados.
La tensión aplicada, una vez alcanzada la
intensidad nominal en el secundario,
recibe el nombre de tensión de
cortocircuito (Ucc). Esta tensión supone
un valor bajo con respecto a la tensión
nominal aplicada al transformador cuando
12

13. .
3.6 PÉRDIDAS ADICIONALES EN ferromagnetismo, y su reacción frente a
PRESENCIA DE los campos magnéticos es muy poco
ARMÓNICOS DE CORRIENTE apreciable. Los materiales diamagnéticos
repelen el campo magnético, haciendo
Si se conoce el espectro de armónicos, o que éste pase por el exterior del material.
puede medirse, o predecirse, se pueden En general, esta acción diamagnética es
calcular con facilidad las pérdidas muy débil, y no es comparable al efecto
adicionales. que produce el campo magnético sobre
En principio el proceso de cálculo es el los materiales ferromagnéticos.
siguiente: Un ejemplo de material diamagnético es el
Se determinan todas las componentes cobre.
adicionales de pérdidas debidas a la Otro efecto de los campos magnéticos
presencia de armónicos. sobre los materiales es el
Se determina el espectro de armónicos, antiferromagnetismo, que resulta en una
bien sea por medio de mediciones o por polarización nula del material, pero
estimación, teniendo en cuenta todos los produce una ordenación interna de éste.
equipos generadores de armónicos
esencialmente los convertidores 3.8 Refrigeración
electrónicos.
Se calcula la contribución de cada La refrigeración es una herramienta que
armónico y se determina la pérdida ayuda a mantener a una temperatura
adicional total. favorable para el funcionamiento del
transformador existen diferentes tipos
3.7 Materiales magnéticos según los transformadores y dado al uso
del mismo.
Para comparar entre sí los materiales, se La refrigeración en los transformadores se
entiende la permeabilidad magnética produce de diferentes maneras debido al
absoluta (μ) como el producto entre la tipo de construcción, a la potencia, al
permeabilidad magnética relativa (μr) y la medio ambiente donde se encuentre, etc.
permeabilidad magnética de vacío (μ0): Los transformadores de pequeña potencia
μ = μrμ0 se suelen refrigerar mediante la expulsión
Los materiales se pueden clasificar según del aire caliente directamente a la
su permeabilidad magnética relativa en: atmósfera. El calentamiento en el
Ferromagnéticos, cuyo valor de transformador se produce por las pérdidas
permeabilidad magnética relativa es muy de energía eléctrica.
superior a 1. En los transformadores secos, el escaso
Paramagnéticos o no magnéticos, cuya efecto refrigerante del aire no es suficiente
permeabilidad relativa es para su refrigeración natural, por lo que
aproximadamente 1 (se comportan como son construidos con gran superficie de
el vacío). evacuación de aire.
Diamagnéticos, de permeabilidad Está normalizado que los transformadores
magnética relativa inferior a 1. trabajen de forma permanente en régimen
Los materiales ferromagnéticos atraen el nominal y a una altitud de 1 000 metros; el
campo magnético hacia su interior. Son calentamiento medio no debe superar los
los materiales que "se pegan a los 65 ºC a temperatura ambiente, admitiendo
imanes". Esa propiedad recibe el nombre 40 ºC como temperatura máxima del
de ferromagnetismo. Ejemplos de ellos ambiente.
son el hierro y el níquel.
Los materiales paramagnéticos son la 3.9 Diseños para evitar pérdidas
mayoría de los que encontramos en la
naturaleza. No presentan
13

14. .
Anteriormente se menciona que para
evitar las corrientes parasitas y reducir en
cierta forma las pérdidas de potencia se
utiliza chapas muy delgadas en el núcleo,
pero como debe ser estas chapas?
El tipo de chapas más utilizado es el que
adopta la forma de E, tal como se puede
apreciar en la figura
De igual forma en la figura podemos
observar la manera de armar o construir el
núcleo. Al construir de esta manera en
núcleo aprovechamos casi es su totalidad
el flujo magnético, evitándose las pérdidas
por dispersión, este núcleo recibe el
nombre de "núcleo acorazado". La forma
correcta de armar un transformador CONCLUSIONES
consiste en montar las chapas, en forma
invertida, una con respecto a la siguiente, Creo que es muy importante para el estudio del
según se observe en la figura. De esta electromagnetismo tener en cuenta cada una de las
pautas a tomar en cuenta para tener un buen diseño al
forma se evita el entrehierro o espacio de momento de trabajar sin pérdidas o tratando de evitarlas
aire que como hemos podido comprobar lo mayor posiblr; debido a su gran importancia en cuanto
en nuestro estudio son un grave problema se refiere a los cálculos de los valores que encierra la
materia.
ya que disminuyen la permeabilidad Es necesario proyectar los conceptos aquí
magnética del circuito, lo cual se traduce establecidos en los trabajos propuestos y en la práctica
en una pérdida en la intensidad o cotidiana; para tener un buen resultado al momento de
establecer los valores en nuestros elementos eléctricos
densidad del campo magnético, que. Lo como son los transformadores, según sea el caso y
cual desemboca en pérdidas de potencia dependiendo de las leyes del electromagnetismo.
A continuación se muestra una tabla con Este ensayo me sirvió mucho en cuanto a aclarar
conceptos, y para establecer nuevas teorías e la forma
las medidas de chapas disponibles en el de resolución de ejercicios que tengan que ver con
mercado con su respectiva explicación nuestro tema del electromagnetismo ya más
grafica precisamente en los transformadores y sus pérdidas.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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hill.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf
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