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TRANSFORMADORES ELECTRICOS

RESEÑA

CLASIFICACIÓN

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

APLICAION EN LA INDUSTRIA

EN LA SOCIEDAD

Edición alta tensión. No 1. Enero de 2011


TRANSFORMADOR ELECTRICO Tal vez a simple vista todos conocemos un transformador eléctrico, pero en general no sabemos su funcionamiento básico e importancia, la invención del transformador, data del año de 1884 para ser aplicado en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores, se puso en operación en los Estados Unidos de América. En el año de 1886 en Great Barington, Mass., en ese mismo año, al protección eléctrica se transmitió a 2000 volts en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de estas pequeñas aplicaciones iniciales, la industria eléctrica en el mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador.

Uno de los primeros transformadores, hecho por Carlos M. Fernández

Antiguo transformador eléctrico Enero 2011. Electronic UFT 01


El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.

Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo.

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Se clasifican según la potencia y tensión de alimentación en: • Transformadores de distribución En la serie de 15 Kv y para montaje en poste o estructura en H. • Transformadores tipo su17bestación Para tensiones en la serie de 15 kV o 34,5 kV y potencias hasta de 2000 kVA. • Transformadores de potencia Series de 15 kV en adelante con potencias superiores a 2000 kVA. Enero 2011. Electronic UFT 03


Tabla : Clasificaci贸n por el tipo de fabricante

Tabla : Potencias Normalizadas

Tabla : Disposici贸n de s铆mbolos Enero 2011. Electronic UFT 04


El principio de funcionamiento del transformador, se puede explicar por medio del llamado transformador ideal monofásico, es decir, una máquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica. A reserva de estudios con mayor detalle, la construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre de cuyas columnas o piernas se localizan dos devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente asilado entre sí.

Partes del transformador eléctrico.

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El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente contante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador, solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambio continuamente. .

El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en al bobina. La corriente, a través de la bobina, varía en magnitud con el tiempo, y por lo tanto, el flujo producido por esta corriente, varia también en magnitud con el tiempo.

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Las aplicaciones de los transformadores es inmensa desde transformaciones en generación, transporte y distribución en altas tensiones hasta pequeños transformadores para cargar los teléfonos móviles o celulares como los llaman en Latinoamérica o para reducir las tensiones para hacer funcionar equipos o electrodomésticos en viviendas como por ejemplo televisores, equipos de música, PC entre muchos otros equipos.

Una aplicación es la elevación de tensiones que se produce en las subestaciones eléctricas elevador as a la salida de las centrales de eléctrica. La tensión de salida de la electricidad producida es baja para llevar a cabo un transporte eficaz, por lo que se recurre a enormes equipos de transformación, a fin de elevar la tensión de la electricidad y llevarla a una tensión adecuada para el transporte.

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Con el pasar del tiempo el consumo eléctrico ha ido aumentando sin control, con mayor intensidad en los países desarrollados, por lo que el uso de los transformadores eléctricos juega un papel importante en la sociedad, Van de la mano con el crecimiento de las economías y permiten a la población amante del mundo electrónico y consumidores por naturaleza a tener un mayor aprovechamiento de todos los avances tecnológicos que la industrias les ofrece. De tal manera que los gobiernos y las empresas privadas se ven en la obligación de innovar con rapidez, en ocaciones sin control de los consumos de energía provocando un impacto en el medio ambiente. Ya sea como contaminantes y principal contribuyente a lo que hoy conocemos como el efecto invernadero o como pionero en la recuperacion y mejor aprovechamiento de la energia. Mas allá de un efecto negativo encontramos a estos equipos eléctricos instrumentos facinantes que aun pueden desarrollarse y ser de mayor provecho en nuestra sociedad. Enero 2011. Electronic UFT 08


Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

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Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción

El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.

La primera "bobina de inducción" para ver el uso de ancho fueron inventadas por el Rev. Nicholas Callan College de Maynooth, Irlanda en 1836, uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el aumento de la FEM. Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de inducción para obtener mayores voltajes en las baterías. En lugar de corriente alterna (CA), su acción se basó en un vibrante "do&break" mecanismo que regularmente interrumpido el flujo de la corriente directa (DC) de las pilas.

Entre la década de 1830 y la década de 1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción, en su mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de Corrientes”, y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfo sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que mantienen desde entonces.

En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación basado en un conjunto de bobinas de inducción en el que el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podían conectarse a varias “velas eléctricas” (lámparas de arco), de su propio diseño. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La patente alegó que el sistema podría, “proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminación con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”. . Enero 2011. Electronic UFT 10


En 1878, los ingenieros de la empresa ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de ingeniería para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría. En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecían un sistema que constaba de dos lámparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios. En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un núcleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendió la idea de la compañía Westinghouse de estados unidos. También fue expuesto en Turín, Italia en 1884, donde fue adaptado para el sistema de alumbrado eléctrico.

Hazlo por el ambiente.

CUIDA TU AMBIENTE….

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En una primera aproximación, pueden establecerse distintas formas de clasificación de los transformadores (o autotransformadores): por la función que realizan, por la clase de servicio a que se destinan, por el tipo de construcción, etc.; las más usuales son las que a continuación se detallan: Por la función que realizan: - Transformadores elevadores. - Transformadores reductores. - Transformadores de distribución ó potencia. - Transformadores monofásicos ó trifásicos. Por el servicio a que se destinan: - Transformadores de subestación. - Transformadores de generador. - Transformadores para usos especiales: tracción, hornos, rectificadores, etc.. Por el tipo de construcción: - De columnas con bobinas cilíndricas. - De columnas con bobinas rectangulares. - Acorazados, Entre otros.. Enero 2011. Electronic UFT 12


Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.

Los transformadores se utilizan en diversos aparatos electrónicos; computadora, televisores, radios etc. funcionan solo con corriente alterna o pulsante nunca con corriente continua y sirven para elevar o disminuir la tensión de circuitos. Ejemplo; de la tensión de red domiciliaria (sea de 220V o 110V) reducen a 12V La forma más simple de entender seria como un aparato que funciona con baterías lo conectas a la red eléctrica para que funcione ahí hay un transformador.

El rendimiento de un transformador, como el de cualquier otra máquina, viene dado por la relación entre las potencias útil y absorbida. Es función de la relación entre la intensidad a una determinada carga y la intensidad a plena carga. En otro artículo desarrollamos este concepto. Enero 2011. Electronic UFT 13


TRANSFORMADORES

Se denomina transformador o transfor (abreviatura) o trafo (vulgaridad), a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

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ALGINOS TRANSFORMADORES

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SEGÚN SUS APLICACIONES

Transformador elevador/reductor de voltaje. Un transformador con PCB como refrigerante en plena calle. Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.

Transformador Flyback moderno.

Transformador de aislamiento

Transformador de alimentación

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electro medicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.

Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).


Transformador diferencial de variación lineal

Transformador con diodo dividido

Transformador de impedancia

El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo. Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.

Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.

Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n². Enero 2011. Electronic UFT 16


ESTABILIZADOR DE TENSIÓN

Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética. Transformador híbrido o bobina híbrida Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.

BALUN

Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.

TRANSFORMADOR ELECTRÓNICO

Esta compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.

TRANSFORMADOR DE FRECUENCIA VARIABLE

Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés. Enero 2011. Electronic UFT 17


TRANSFORMADOR CON NÚCLEO TOROIDAL El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault TRANSFORMADOR DE GRANO ORIENTADO El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

TRANSFORMADOR DE NÚCLEO DE AIRE En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

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Editores.

Cesar Castellanos; Pag. 01- 08 Isaias David Suarez; Pag. 09 – 13 Luis Andrade; Pag. 14 – 18


transformador electrico  

principios de funcionamiento de los transformadores eléctricos, clasificación y aplicación

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