Nombre: Claudio Patino

DISEÑO DE TRANSFRMADORES MONOFASICOS

Transformador.

El transformador es un dispositivo eléctrico, que nos facilita manipular las tensiones; para obtener tensiones elevadas o reducidas en corriente alterna, claro eso si manteniendo la potencia en el caso de que sea un transformador ideal. En los transformadores reales existen perdidas de potencia, esto se da ya sea por los materiales de construcción, también por el diseño o por los tamaños.

Transformador Ideal._ En el cual no existen ningún tipo de pérdidas ya sea eléctrica magnética; en la fig. 1.0 se observa que no hay una dispersión de fuljo magnético, esto hace que el fuljo circule y se cierre sin ninguna dificultad.

Fig. 1.0

Transformador Real._ Este transformador trabaja produciendo pequeñas pérdidas de potencia, por las siguientes causas.

- Perdidas por Histéresis- Perdidas en el cobre del bobinado.- Perdidas por la corriente de Foucault

Fig. 2.0 Símbolo del transformador

TRANSFORMADOR MONOFASICO

Un Transformador Monofásicos con arrollamientos únicos en el primario y el secundarioEn la figura(a) se puede observar las partes de un transformador monofásico

Fig.a

Por forma de Núcleo

La construcción del núcleo.

El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen pequeños porcentajes de silicio y que se les llama "laminaciones magnéticos", estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidas relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes parasitas(o circulantes).

Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas de forma y de medidas o dimensiones que se necesiten. La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los núcleos de las máquinas eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad del material y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas o circulantes y en consecuencia las pérdidas por este concepto.

El núcleo de un transformador monofásico tiene dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de un yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustadas la mitad del devanado primario y la mitad del devanado secundario. Los transformadores pueden ser construidos de diferente tipo en este caso se detallara la forma de núcleo; existen dos tipos los cuales se definirán a continuación.

- Columnas- Acorazados

Tipo Columna._ Este tipo de núcleo está formado por un grupo de chapas, no es macizo, las chapas que conforman este núcleo están aisladas eléctricamente, para poder colocar el bobinado alrededor del núcleo. En la fig. a se podrá ver la forma del núcleo. Este núcleo se caracteriza por tener pérdidas en el flujo magnético.

Fig. a.

En la figura Fig. b se trata de un transformador monofásico dónde el circuito magnético se cierra por las columnas superior e inferior; esto es para poder tener un concepto más claro de un núcleo de tipo columna.

` Fig. b.

Acorazado._ Este tipo de núcleo hace que se reduzca las dispersiones; el cual se ve en la Fig. c.

- Este tipo de núcleo acorazado, tiene la capacidad de reducir la dispersión magnética(o líneas de fuljo magnético) por

lo que le hace mejor respecto al núcleo de tipo columna, su uso es más común en los transformadores monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central, y cuando se trata de transformadores pequeños. Las formas de construcción pueden ser distintas y varían de acuerdo con la potencia.

Fig. cPor forma de Devanado

Los devanados de los transformadores se pueden ser de dos tipos; de baja y alta tensión, esta tiene importancia para los propósitos de la realización práctica del devanado debido a que los diseños para la realización de los devanados de baja tensión, son diferentes a los usados para los devanados de alta tensión. En este tipo de transformadores los devanados primario y secundario son concéntricos entre otros diseños; y bobinado sobre un soporte aislante único. Se usan conductores de cobre esmaltado, devanados en espiral y con capas sobre puestas, el devanado de menos tensión se instala más cerca del núcleo, interponiendo un cilindro de papel aislante y mediante separadores se instala en forma concéntrica al devanado de mas alta tensión . Los extremos de los devanados se protegen con aislante de forma de tubo conocido como “spaguetti”.

Transformadores de devanados separados._ Estos transformadores de devanados separados: En el cual los devanados primarios y secundarios, están montados en columnas diferentes de los circuitos magnéticos. En la Fig d se puede observar el transformador

Fig d

En las figura e se podrá visualizar los Transformadores de devanados concéntricos._ Los devanados están envueltos sobre la misma columna; el devanado de baja tensión está casi siempre en el interior, cerca al hierro, evitando el peligro de un arco entre el núcleo y el devanado del alta tensión. Esto facilita su reparación ya que es el que más sufre en caso de alguna falla.

Fig. e.Transformadores de bobinas alternadas. _En este las bobinas se montan alternadas sobre la misma columna y de forma que dejan siempre dos secciones de baja tensión en los extremos Fig f.

Fig f.

POR SU TIPO DE CHAPAS MAGNETICAS (TIPOS Y DIMENSIONES NORMALIZADAS)

En el diseño de un transformador monofásico el tipo de chapas magnéticas por su forma son las de tipo E I, siendo estas las mas generales para la aplicación en la construcción de dicho circuito eléctrico como es el transformador. Estas chapas son echas de una aleación de Hierro y Silicio. Esta aleación tiene como objetivo principal reducir las perdidas por histéresis magnética y a su vez esta aumenta la resistividad del Hierro.

Características de las chapas.

Las chapas utilizadas para la construcción de los núcleos son generalmente de acero al silicio en proporciones de 2 a 4% de este último. Los espesores de estas láminas varían entre 0,3 y 0,5 mm para frecuencias de 50 ciclos.

Entre chapas debe haber aislación eléctrica lo que se consigue de diferentes formas: con una capa de barniz aplicado a una de sus caras.

En los transformadores de gran potencia suele ser necesario formar conductos de refrigeración en la masa del núcleo, para aumentar la superficie de disipación del calor.

A continuación daré a conocer los parámetros para la implementación de las chapas.

Como se sabe a partir de las chapas magnéticas formaremos el núcleo, por lo que es importante saber los siguientes puntos:

Elección de la chapa magnética.- La elección de la chapa se hace en función de la sección neta (Sn) resultante, la cual esta definida por la siguiente formula:

Donde: K es el coeficiente de calidad de la chapa magnética

y P es la potencia suministrada por el transformador expresa en Volta-Amperios.

Además con la ayuda de la tabla correspondiente, en nuestro caso la tabla 1 y 2.

Número de chapas necesario.- Se obtiene a partir de la medida del carrete (A) y del espesor (e) de la chapa, que viene dada por la siguiente formula:

¿de chapas= Ae

Tabla 1

Valores del coeficiente del hierro (k) para chapa magnética

de buena calidad (chapa de grano orientado)

Potencia del transformador (P) Coeficiente (k)

de 25 a 100 VA entre 0,7 y 0,85

de 100 a 500 VA entre 0,85 y 1

de 500 a 1.000 VA entre 1 y 1,1

de 1.000 a 3.000 VA entre 1,1 y 1,2

Sn=k⋅√P (VA )

DIMENSIONES NORMALIZADAS PARA LAS CHAPAS MAGNETICAS.

Tabla 2.

Chapa del núcleoFormas E I

42 48 54 60 66 78 84 92 106 130 150 170 195

Altura chapa impar H 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,5 7,0 7,4 8,5 10,5 12,0 14,0 18,0

Longitud de chapa

L 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 7,8 8,4 9,2 10,6 13,0 15,0 17,0 19,5

Ancho culata E 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,3 1,4 1,251,45

1,75 2,0 2,25 2,75

Altura chapa par

M 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 5,2 5,6 6,157,05

8,75 10,0 11,75 15,25

Altura ventana

C 2,1 2,4 2,7 3,0 3,3 3,9 4,2 4,9 5,6 7,0 8,0 9,5 12,5

Ancho núcleo D 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,6 2,8 2,5 2,9 3,5 4,0 4,5 5,5

Altura ventana

A 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,3 1,4 2,1 2,4 3,0 3,5 4,0 4,25

Medidas

de

sujección

OF 0,35 0,35 0,35 0,35 0,45 0,45 0,45 0,450,55

0,66 0,66 0,78 1,08

G 2,8 3,2 3,2 4,0 4,4 5,6 5,6 6,15 7,05

8,75 10 11,75

15,25

I 3,5 4,0 4,0 5,0 5,5 7,0 7,0 8,0 9,4 1,5 13,5 15,0 17,0

Conclusiones: En el presente ensayo se puede decir que todos los parámetros para el diseño y posteriormente la construcción de un transformador son importantes, pues se ve que en todos los casos hay un parámetro el cual manifiesta muchas cosas importantes. Además la importancia de la aleación por las que están formadas las chapas magnéticas las mismas que reducen significativamente la histéresis magnética.

Referencias Bibliográficas

[1]

[2]http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

[3]http://electricidadtransformadorjuioctello.blogspot.com/

[4] (Máquinas Eléctricas y transformadores.,Edwin Kosow, El ABC de las Máquinas Eléctricas Enríquez Harper)

[5] TRANSFORMADORES DE POTENCIA DE MEDIDA Y DE PROTECCIONEnriqueRasOliva.EditorialAlfaOmega(http://www.google.com.ec/url?sa=t&rct=j&q=nucleo%20por%20columnas%20&source=web&cd=8&ved=0CFgQFjAH&url=http%3A%2F%2Fmembers.fortunecity.es%2Fchristian82%2Ftransformador.doc&ei=XzmbT4QDgp7xBO3c-YgP&usg=AFQjCNEWSd8e36w6aKwjQ)Xm0-EAhYNGtsA[5] BOYLESTAD Robert. L, Análisis Introductorio de Circuitos, Editorial Prentice Hall, México 1998. Pág. 1032-1056.