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Perdidas de potencia

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Perdidas de potencia en el transformador

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Perdidas de potencia

  1. 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 losexpondré temas como las pérdidas de potencia principios básicos de los transformadores, peroen el transformador y su eficiencia; recién en 1880 apareció un diseño mejorado yempezando por recalcar usos, funcionamiento, mas optimo. Entre 1884 y 1885, los ingenierosprincipios; entre otras propiedades de este húngaros Zipernowsky, Bláthy y Deri de laelemento eléctrico. Trataré además de compañía Ganz crearon en Budapest el modeloexplicar 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 Gibbsespecie y en donde se originan. Para alcanzar (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo detodo esto también expondré un marco teórico núcleo abierto). Descubrieron la fórmulaacerca de los transformadores, empezando por matemática de los transformadores:sus tipos y usos entre otros temas deconocimiento.1 INTRODUCCIÓNDebemos recordar que tiempo atrás la En un transformador eléctrico, al igual que enconducción de la electricidad fue un gran todas las máquinas eléctricas, hay pérdidas deinconveniente, 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 origenrequería realizar este proceso. La necesidad de mecánico en un transformador y éstas sebuscar alternativas para ese transporte de reducen a las del hierro del circuito magnéticoelectricidad dio paso a lo que hoy conocemos y las del cobre de los bobinados o también lacomo transformadores. Un transformador es eficiencia del transformador. Estos son losun aparato estático que, por inducción puntos que se analizara en este ensayo.electromagnética, transforma la tensión y 2 DESAROLLO DEL TEMAcorriente alternas entre dos y más devanadoscon igual frecuencia y, por lo general, distintos 2.1 EL TRANSFORMADORvalores de la tensión y de la corriente. Sonmuchos y variados los tipos de transformador Un transformador es un aparato con el que seexistentes, y de uso actual en electrónica y puede convertir una tensión alterna en otraelectricidad industrial donde resulta más alta o más baja, y consta de dos bobinasinsustituible para sus objetivos. El principio de acopladas magnéticamente. La tensiónfuncionamiento que vamos a tratar es igual inducida en la bobina acoplada depende de lapara todos. El funcionamiento del autoinducción de estas bobinas y de su númerotransformador fue descubierto por Michael de espiras. Además, dicha tensión dependeFaraday .En la década de los 1830 y 1870 los también e la fuerza del acoplamiento o de laesfuerzos por construir mejor diseños de distancia entre las bobinas y de su posición 1
  2. 2. .mutua. Por lo general, las bobinas de un eligiendo adecuadamente la relación de espirastransformador están acopladas muy necesaria. Se puede expresar así:fuertemente, por lo que la inducción mutua y E1/E2 = n1/n2el valor de acoplamiento son grandes y el Si conectamos ahora una resistencia alefecto de inducción conversión de una de las secundario del transformador, consumirá ciertatensiones en otra) es también grande. Si se energía que supondremos de 100W. Estaconsidera el transformador desde una de las energía se toma de la fuente de alimentación abobinas, a la que se aplica la tensión alterna, través del transformador, por lo que esdicha bobina se llama devanado primario, en indudable que dicha energía habrá de sertanto a la acoplada se le llama devanado suministrada por la fuente. Dejando de lado lassecundario. El principio fundamental de un pérdidas propias del transformador, latransformador se ha representado en la Figura mencionada energía de 100W tendría que1, 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 destinarseDonde S1 es el devanado primario y S2 el a la alimentación del equipo o pueden ser desecundario, constituidos respectivamente por acoplamiento entre dos pasos de B.F. Susn1 y n2 espiras. Supongamos que el primario componentes más importantes son losse conecta a una tensión alterna de 100V y que devanados, el carrete y el núcleo. Losestá formado por 100 espiras (n1=100), y el devanados se componen de un cierto númerosecundario 50 espiras (n2=50). Al pasar una de espiras que se disponen en capascorriente 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 colocacomo secundarias. De este modo, en el alguna sustancia aislante. El carrete es unprimario se induce una tensión igual y opuesta soporte de papel claro o cartón baquelizadoa la aplicada, que valdrá 100V, lo que que algunas veces va provisto de aletascorresponde a 1V por espira. Como el laterales, como se puede ver en la Figura 2,devanado secundario tiene 50 espiras, se aunque los transformadores actualesproducirá en él una tensión de 50 V. De ello se prescinden de esta unidad.deduce que la tensión es proporcional alnúmero de espiras de los devanados. En elcaso que estamos tratando, la relación deespiras es de 100/50 = 2/1, por lo que larelación de tensión será también de 2/1. Por lotanto, la tensión del primario se ha reducido enel secundario. Si la cantidad de espiras delsecundario fuese 200 en vez de 50, la tensiónsería de 200 V, puesto que la relación deespiras sería de 200/100 = 2. Vemos que sepuede obtener en el secundario de untransformador cualquier tensión que se desee, 2
  3. 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 tomandoEl núcleo se compone de un número de chapas como referencia el utilizado para bajadelgadas, aisladas entre si (figura 3). Este frecuencia. También son utiliza dos para altasmaterial se utiliza en casi todos los frecuencias con diferente objetivo y ejecución,transformadores, debido a sus buenas en adaptación de impedancias, etc. Elcualidades. Al templar las chapas se produce transporte de energía eléctrica desde la centralen ellas una capita de óxido que sirve de generadora a cualquier punto distante no seríaaislante 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 lade 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 delchapas en E, que se disponen una a hilo que se utiliza, a menor intensidad menorcontinuación de otra, como se indica en la sección del hilo o cable, hecho ésteFigura 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 3La Figura 4 representa un transformador de 2.2 TRANSFORMADOR EN VACÍOalimentación compuesto por cuatro devanados,el primario se conecta a la red de alimentación, Como hemos visto anteriormente, elel resto de devanados suministran diferentes 3
  4. 4. .transformador está basado en que la energía se Las bobinas ofrecen una determinadapuede 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 deberámedio de un flujo variable, con un mismo tener en cuenta en ambos bobinados (R1 ycircuito magnético y a la misma frecuencia. La R2).potencia nominal o aparente de un Igualmente, el flujo magnético que se originatransformador es la en el bobinado primario no se cierra en supotencia máxima que puede proporcionar sin totalidad con el secundario a través del núcleoque se produzca un calentamiento en régimen magnético, sino que una parte de este flujode trabajo. Debido a las pérdidas que se atraviesa el aislante y se cierra a través delproducen 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 mismoFoucault, el transformador deberá soportar flujo, la pérdida de flujo magnético se traducetodas 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 pérdidastransformador podrá entonces trabajar del transformador se han de tener en cuentapermanentemente y en condiciones nominales estas particularidades (véase la Figura 6).de potencia, tensión, corriente y frecuencia, sinpeligro de deterioro por sobrecalentamiento ode envejecimiento de conductores y aislantes.2.2.1 DEFINICIÓNSe puede considerar un transformador idealaquel en el que no existe ningún tipo depérdida, ni magnética ni eléctrica. Figura 6La ausencia de pérdidas supone la inexistenciade 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) ymagnético, por lo que el flujo se cierra por histéresis (PH) son las llamadas pérdidasíntegramente sin ningún tipo de dificultad. Las en el hierro (PFe).tensiones cambian de valor sin producirse Cuando un transformador está en vacío, laninguna caída de tensión, puesto que no se potencia que medimos en un transformadorproducen resistencias en los bobinados con el circuito abierto se compone de laprimario y secundario. potencia perdida en el circuito magnético y laEn 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. 5. .las pérdidas que se originan en el cobre del Foucault dependerán del material del quebobinado 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 73.1 PÉRDIDAS EN EL HIERRO (PFe)Las pérdidas de potencia en el hierro(PFe) en un transformador en vacío seproducen por las corrientes de Foucault(PF) y por el fenómeno de histéresis (PH).Para reducir la pérdida de energía, y laconsiguiente pérdida de potencia, esnecesario que los núcleos que están bajoun flujo variable no sean macizos; Figura 8deberán estar construidos con chapas Núcleos Magnéticosmagnéticas de espesores mínimos, la misma inducción y la misma frecuenciaapiladas y aisladas entre sí. oscilan entre 0,8y 1,4 W/kg.La corriente eléctrica, al no poder circularde unas chapas a otras, tiene que hacerloindependientemente en cada una de ellas,con lo que se induce menos corriente y La Tabla 1 indica las características dedisminuye la potencia perdida por construcción, los valores magnéticos y lacorrientes de Foucault. En la Figura 8 composición química para lapodemos observar cómo circula la determinación de las pérdidas de potenciacorriente por ambos núcleos magnéticos. en el hierro en función del espesor, laLas corrientes de Foucault se producen aleación y la inducción.en cualquier material conductor cuando seencuentra sometido a una variación delflujo magnético.Como los materiales magnéticos sonbuenos conductores eléctricos, en losnúcleos magnéticos de lostransformadores se genera una fuerzaelectromotriz inducida que originacorriente de circulación en los mismos, loque da lugar a pérdidas de energía porefecto Joule.Las pérdidas por corrientes parásitas o de 5
  6. 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 directamentePara el cálculo de las pérdidas en el hierro proporcional al área de la curva depor las corrientes de Foucault histéresis.recurriremos a la Fórmula 1 que indicaque las pérdidas en el hierro sonproporcionales al cuadrado de lainducción y al cuadrado de la frecuencia.FÓRMULA 1Dónde: Figura 9PF = pérdidas por corrientes de Foucaulten W/kgf = frecuencia en Hz La histéresis magnética es el fenómeno que se origina cuando la imantación de algunos materiales ferromagnéticos nomm depende solo del flujo sino ademásDe la fórmula anterior se deduce que el dependen de los estados magnéticoscambio 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 una3.2 HISTÉRESIS MAGNÉTICA imantación que se mantiene al cortar el flujo variable, esto provoca una pérdida deSe produce histéresis al someter al núcleo energía que como habíamos manifestadoa un campo creciente, los imanes se expresa en forma de calor.elementales giran para orientarse según 6
  7. 7. . Para la frecuencia de 60Hz será: Figura10La potencia que se pierde debido a la Esto indica que cuanto mayor sea lahistéresis depende tanto del tipo de frecuencia, mayores serán las pérdidasmaterial 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 fenómenohistéresis utilizamos la ecuación de que se produce cuando la imantación deSteinmetz 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 1Tenemos un transformador que trabaja auna frecuencia de 50 Hz, con una chapamagnética que tiene un espesor de 0,35mm y una inducción magnética de 1 Teslao 10 000 Gauss. Lo vamos a conectar auna red de 60 Hz de frecuencia. ¿Cuálesserán las pérdidas el hierro conectado a lared de 50 Hz? ¿Cuáles serán las pérdidasen el hierro conectado a la red de 60 HZ?Si aplicamos la Fórmula 4.1, para unafrecuencia de 50 Hz serán: Figura11 Ciclo de histéresis A Comienzo del ciclo de imanación Que, al aumentar la intensidad, llega a F 7
  8. 8. .D Extremo del ciclo a máxima intensidad Figura12.Ciclo de histéresis de dosnegativa materiales diferentes.CDEDC Área de HistéresisAC = Hc Fuerza de campo coercitiva 1 Área de pérdidas para hierro dulceAB = Br Magnetismo remanente 2 Área de pérdidas para acero templado (AB), el acero templado tiene mayorLa potencia perdida por histéresis fuerza coercitiva (C’A) que el hierro dulcedepende esencialmente del tipo de (CA)material; también puede depender de lafrecuencia, pero como la frecuencia enuna misma zona o país siempre es la Caso Práctico 2misma, la inducción magnética dependerádel tipo de chapa. A través de la fórmula Tenemos un transformador que trabaja ade Steinmetz una frecuencia de 50 Hz, con una chapa(Fórmula 4.2) se determinarán las magnética de una inducción de 1,2 Teslapérdidas por histéresis. (12 000 Gauss), conectado a una red deEl coeficiente de chapa oscila entre 50 Hz de frecuencia. El peso del núcleo0,0015 y 0,003, aunque baja hasta 0,007 del transformador es de 3 kg. ¿Cuálesen 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 núcleoKh = 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. 9. .Gauss) de inducción. El peso del núcleo 3.3 ENSAYO VACÍOdel transformador es de 12 kg. El espesorde la chapa del núcleo es de 0,35 mm y el El ensayo en vacío proporciona, a travéscoeficiente de histéresis es 0,002. de las medidas de tensión, intensidad y potencia en el bobinado primario, losCalcula 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 noComenzaremos calculando la potencia será recorrido por ninguna intensidad, yperdida por no se tendrán en cuenta los ínfimosFoucault. 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 laLas 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 aLas 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 podremosLas pérdidas totales por histéresis serán: comprobar en el ensayo correspondiente, que recibe el nombre de ensayo en vacío.Para las pérdidas totales en el núcleomagnético, recurriremos a la Fórmula 4.3: La potencia aparente en vacío (Ssap): PFe = PF + PH = 6,54 + 1,01 = 7,55 W Ssap = U1n · I10No obstante, las pérdidas en el hierro sepueden determinar midiendo la potenciaconsumida por el transformador en vacío El ángulo de desfase (ϕ) o factor demediante vatímetro, como podremos potencia de vacío:comprobar en el ensayo correspondiente,que recibe el nombre de ensayo en vacío. 9
  10. 10. .El ensayo en vacío proporciona, a través mediante vatímetro, como podremosde 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 coincideaproximadamente 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 intensidadCalcula la potencia aparente y el factor de del primario (I10)2.potencia en vacío de un transformadorpartiendo 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 podemoscalcular: 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 determinarála intensidad de corriente. conocida la tensión y la intensidad delNo obstante, las pérdidas en el hierro se primario:suelen determinar midiendo la potenciaconsumida por el transformador en vacío 10
  11. 11. .Ssap = U1n · I1 = 380 · 0,081 = 30,78 VA 4. Procederemos a localizar los aparatos de medidas necesariosEl ángulo de desfase ϕ entre la tensión y para realizar todas las medidas quela 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 algunasconsideraciones cuando se producen 5. Realizaremos el montaje de lospérdidas en el hierro o en vacío de un elementos que requieren el ensayotransformador; estas pérdidas tienen según el esquema de montaje.bastante importancia durante suexplotación, ya que por ella misma 6. Procederemos a realizar lasprovoca un consumo de energía incluso medidas pertinentes, anotando encuando el transformador no tiene un cuadro de valores todos losconsumo. datos que los aparatos de medidas nos vayan aportando, como indica el protocolo de ensayos.En los momentos que no tiene consumoexterior, esta energía deberá ser abonadapor el usuario, debido a que los 7. Cotejaremos los datos obtenidoscontadores de energía se conectan con los cálculos previos,siempre en los primarios de los procederemos a determinar latransformadores de los centros de potencia perdida y redactaremostransformación. las conclusiones.También se ha comprobado que las Denominaremos protocolo de ensayo alpérdidas en el hierro son documento que recoge el proceso queaproximadamente proporcionales al hemos expuesto anteriormente. Estecuadrado de la inducción, por lo que al protocolo se realiza también con losusuario le interesan inducciones bajas; ensayos del transformador en carga y enpero el interés de los constructores de cortocircuito, como veremos mástransformadores es dar un valor tan adelante.elevado como puedan.Para realizar el ensayo de un 3.4 TRANSFORMADOR ENtransformador, deberemos seguir un CORTOCIRCUITOdeterminado 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. 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 cortocircuitoCon el ensayo en cortocircuito,conseguimos las intensidades nominales 3.5 RENDIMIENTO DE UNen los dos bobinados, aplicando una TRANSFORMADORpequeña tensión al primario ycortocircuitando el secundario con un El rendimiento de un transformador seamperímetro (el amperímetro tiene una define como la relación entre la potenciaresistencia prácticamente nula), como se de salida y la potencia absorbida de la redmuestra 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 resulteEl procedimiento es el siguiente: entre estos dos valores Otra manera de calcular la eficiencia enCon un autotransformador regulable y un transformador es determinado elcomenzando desde cero, aplicamos cociente de la potencia de salida y laprogresivamente la tensión, que se potencia de entrada, sumándole lasincrementa voltio a voltio, hasta conseguir perdidas en el cobre y en el hierro.las intensidades nominales en los dosbobinados.La tensión aplicada, una vez alcanzada laintensidad nominal en el secundario,recibe el nombre de tensión decortocircuito (Ucc). Esta tensión suponeun valor bajo con respecto a la tensiónnominal aplicada al transformador cuando 12
  13. 13. .3.6 PÉRDIDAS ADICIONALES EN ferromagnetismo, y su reacción frente aPRESENCIA DE los campos magnéticos es muy pocoARMÓNICOS DE CORRIENTE apreciable. Los materiales diamagnéticos repelen el campo magnético, haciendoSi 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 escalcular con facilidad las pérdidas muy débil, y no es comparable al efectoadicionales. que produce el campo magnético sobreEn 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 magnéticospresencia de armónicos. sobre los materiales es el Se determina el espectro de armónicos, antiferromagnetismo, que resulta en unabien sea por medio de mediciones o por polarización nula del material, peroestimación, teniendo en cuenta todos los produce una ordenación interna de éste.equipos generadores de armónicosesencialmente los convertidores 3.8 Refrigeraciónelectrónicos. Se calcula la contribución de cada La refrigeración es una herramienta quearmónico y se determina la pérdida ayuda a mantener a una temperaturaadicional total. favorable para el funcionamiento del transformador existen diferentes tipos3.7 Materiales magnéticos según los transformadores y dado al uso del mismo.Para comparar entre sí los materiales, se La refrigeración en los transformadores seentiende la permeabilidad magnética produce de diferentes maneras debido alabsoluta (μ) como el producto entre la tipo de construcción, a la potencia, alpermeabilidad magnética relativa (μr) y la medio ambiente donde se encuentre, etc.permeabilidad magnética de vacío (μ0): Los transformadores de pequeña potenciaμ = μrμ0 se suelen refrigerar mediante la expulsiónLos materiales se pueden clasificar según del aire caliente directamente a lasu permeabilidad magnética relativa en: atmósfera. El calentamiento en el Ferromagnéticos, cuyo valor de transformador se produce por las pérdidaspermeabilidad 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 suficientepermeabilidad relativa es para su refrigeración natural, por lo queaproximadamente 1 (se comportan como son construidos con gran superficie deel vacío). evacuación de aire. Diamagnéticos, de permeabilidad Está normalizado que los transformadoresmagnética relativa inferior a 1. trabajen de forma permanente en régimenLos materiales ferromagnéticos atraen el nominal y a una altitud de 1 000 metros; elcampo magnético hacia su interior. Son calentamiento medio no debe superar loslos materiales que "se pegan a los 65 ºC a temperatura ambiente, admitiendoimanes". Esa propiedad recibe el nombre 40 ºC como temperatura máxima delde ferromagnetismo. Ejemplos de ellos ambiente.son el hierro y el níquel.Los materiales paramagnéticos son la 3.9 Diseños para evitar pérdidasmayoría de los que encontramos en lanaturaleza. No presentan 13
  14. 14. .Anteriormente se menciona que paraevitar las corrientes parasitas y reducir encierta forma las pérdidas de potencia seutiliza chapas muy delgadas en el núcleo,pero como debe ser estas chapas?El tipo de chapas más utilizado es el queadopta la forma de E, tal como se puedeapreciar en la figuraDe igual forma en la figura podemosobservar la manera de armar o construir elnúcleo. Al construir de esta manera ennúcleo aprovechamos casi es su totalidadel flujo magnético, evitándose las pérdidaspor dispersión, este núcleo recibe elnombre de "núcleo acorazado". La formacorrecta de armar un transformador CONCLUSIONESconsiste en montar las chapas, en formainvertida, una con respecto a la siguiente, Creo que es muy importante para el estudio delsegún 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 alforma se evita el entrehierro o espacio de momento de trabajar sin pérdidas o tratando de evitarlasaire que como hemos podido comprobar lo mayor posiblr; debido a su gran importancia en cuantoen 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 aquímagnética del circuito, lo cual se traduce establecidos en los trabajos propuestos y en la prácticaen una pérdida en la intensidad o cotidiana; para tener un buen resultado al momento de establecer los valores en nuestros elementos eléctricosdensidad del campo magnético, que. Lo como son los transformadores, según sea el caso ycual 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 formalas medidas de chapas disponibles en el de resolución de ejercicios que tengan que ver conmercado con su respectiva explicación nuestro tema del electromagnetismo ya másgrafica precisamente en los transformadores y sus pérdidas. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] http://www.mcgraw- hill.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf 14
  15. 15. .[2] www.procobre.org/es/wp-content/plugins/.../download.php?id=170[3]www.arcossalazar.net/modulos/recurso/archivos/15.pdf 15

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