Ejercicio y análisis de transformador de alta frecuencia versus un transformador convencional.

1. 1
Presentado por: Cristhian Rodríguez (1053411)
Carrera: Ing. Mecánica
Materia: Fundamento de maquinas electicas.
Profesor: Donald Lugo Díaz.

2.  En fuentes de potencia electrónicas a menudo
se requiere aislar la salida de la entrada y
reducir el peso y costo de la unidad. En otras
aplicaciones, como por ejemplo en aviones,
existe un fuerte incentivo de reducir al mínimo
el peso.
 Un incremento de la frecuencia reduce el
tamaño de dispositivos como transformadores,
inductores y capacitores.
2

3.  Las dos aplicaciones donde se puede visualizar
de manera mas común los transformadores de
alta potencia son:
- Aviones, donde generalmente la
frecuencia es de 400 Hz.
- Fuentes de potencia electrónica donde la
frecuencia esta entre los 5 kHz a 50 kHz
3

4. Este pequeño transformador pesa 0.5
kg
4

5.  Sin realizar cambios físicos en el transformador y
solo aumentando la frecuencia a de 60 Hz a 6
kHz (100 veces mayor).
 Obtenemos que el voltaje primario es 100 veces
mayor, es decir, de 12 kV. De igual manera el
voltaje secundario es 100 veces mayor, es decir,
de 2400 V.
 Las corrientes permanecen iguales.
5

6.  La «ventaja» mostrada no es tan grande como
parece porque a 6000 Hz la pérdida en el
núcleo es enorme (aproximadamente de 700
W), debido al incremento de la corriente
parásita y a las pérdidas por histéresis. Por lo
tanto, el transformador mostrado
anteriormente no es factible porque se
sobrecalentará muy rápido.
6

7.  Para reducir las perdidas es necesario reducir 3
variables:
- Densidad de flujo (para reducir las
perdidas en el núcleo): Para que no sea necesaria la
variación del material del núcleo, basado en las
propiedades del silicio de 12 mil, reducimos la
densidad de flujo de 1.5 T a 0.04 T.
- Voltaje primario: Reducido a 320 V.
- Voltaje secundario: Reducido a 64 V.
7

8.  Bajo estas nuevas circunstancias obtenemos
que la nueva potencia del transformador será
igual a 96 VA de acuerdo a la formula:
푃 = 푉푝 ∗ 퐼푝= 320 V * 0.3 A = 96 VA.
8

9. 9

10.  Dado que se mantiene el mismo aumento de
temperatura es necesario modificar el material
del núcleo. Utilizando laminas mas delgadas
de acero níquel es posible aumentar la
densidad de flujo, disminuir el aumento de
temperatura y mantener las perdidas en el
núcleo.
 Realizando un cambio el material por uno mas
especializado podemos aumentar la densidad
de flujo a 0.2 T por lo que tendremos un flujo
máximo en el núcleo de 100 μWb.
10

11. 11
 El voltaje secundario correspondiente es de 320
V, por lo que la capacidad mejorada del
transformador es de 320 V X 15 A = 480 VA.

12.  Como nos interesa mantener la relación de
voltajes original de 120 V en el primario y 24 V
en el secundario. Esto de consigue muy fácil
devanando el transformador.
 Con una simple regla de tres determinamos el
numero de vueltas necesarios en cada
devanado.
12

13.  Esta drástica reducción en el número de vueltas
significa que el diámetro del alambre se puede
incrementar de forma significativa. Teniendo
en cuenta que la capacidad del transformador
sigue siendo de 480 VA, deducimos que la
corriente primaria nominal se puede aumentar
a 4 A mientras que en el secundario llega a 20
A.
13

14.  Este nuevo transformador posee el mismo peso y
tamaño que el analizado al inicio pero con una
eficiencia mayor.
 El aumento de la frecuencia ha permitido un
aumento en la capacidad de potencia del
transformador. Por lo tanto, para una salida de
potencia dada, un transformador de alta
frecuencia es mucho más pequeño, barato,
eficiente y liviano que uno de 60 Hz.
14

15.  Theodore Wildi. Maquinas eléctricas y sistemas de
potencia. Sexta edición. México: PEARSON
EDUCACIÓN, 2007.
 http://www.directindustry.es/prod/comelit-spa/
transformadores-alta-frecuencia-nucleo-ferrita-
transmision-electronica-40544-826255.html
 http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/4c2
5e4b109e74.pdf
 http://www.fronius.com/cps/rde/xbcr/SID-
6702A3C9-
ACDFE865/fronius_international/SE_TA_High_F
requency_Transformer_With_Transformer_Switch
over_ES_320365_snapshot.pdf
15