TRANSFORMADORSe denominatransformadora undispositivo elctricoque
permite aumentar o disminuir latensinen un circuito elctrico
decorriente alterna, manteniendo lapotencia. Lapotenciaque ingresa
al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin
prdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas
reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su
diseo y tamao, entre otros factores.El transformador es un
dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un cierto
nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin,
basndose en el fenmeno de lainduccin electromagntica. Est
constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre
un ncleo cerrado de materialferromagntico, pero aisladas entre s
elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la constituye
elflujo magnticocomn que se establece en el ncleo. El ncleo,
generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas
deacero elctrico, aleacin apropiada para optimizar el flujo
magntico. Las bobinas o devanados se
denominanprimarioysecundariosegn correspondan a la entrada o salida
del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen
transformadores con ms devanados; en este caso, puede existir un
devanado "terciario", de menor tensin que el
secundario.Funcionamiento[editar]
Representacin esquemtica del transformador.Este elemento
elctrico se basa en el fenmeno de la induccin electromagntica, ya
que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado
primario, debido a la variacin de la intensidad y sentido de la
corriente alterna, se produce la induccin de un flujo magntico
variable en el ncleo de hierro.Este flujo originar por induccin
electromagntica, la aparicin de una fuerza electromotriz en el
devanado secundario. La tensin en el devanado secundario depender
directamente del nmero de espiras que tengan los devanados y de la
tensin del devanado primario.Relacin de
Transformacin[editar]Artculo principal:Diseo de transformadoresLa
relacin de transformacin indica el aumento o decremento que sufre
el valor de la tensin de salida con respecto a la tensin de
entrada, esto quiere decir, la relacin entre la tensin de salida y
la de entrada.La relacin entre la fuerza electromotriz inductora
(Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz
inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente
proporcional al nmero de espiras de los devanados primario (Np) y
secundario (Ns) , segn la ecuacin:
Larelacin de transformacin(m)de la tensin entre el bobinado
primario y el bobinado secundario depende de los nmeros de vueltas
que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el
triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin.
Donde: (Vp) es la tensin en el devanado primario o tensin de
entrada, (Vs) es la tensin en el devanado secundario o tensin de
salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de
entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o
corriente de salida.
Esta particularidad se utiliza en lared de transporte de energa
elctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y
pequeas intensidades, se disminuyen las prdidas por elefecto Jouley
se minimiza el costo de los conductores.As, si el nmero de espiras
(vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al
aplicar una tensin alterna de 230voltiosen el primario, se obtienen
23.000 voltios en el secundario (una relacin 100 veces superior,
como lo es la relacin de espiras). A la relacin entre el nmero de
vueltas o espiras del primario y las del secundario se le
llamarelacin de vueltasdel transformador orelacin de
transformacin.Ahora bien, como lapotencia elctricaaplicada en el
primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la
obtenida en el secundario:
El producto de la diferencia de potencial por la intensidad
(potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo,
si la intensidad circulante por el primario es de 10amperios, la
del secundario ser de solo 0,1 amperios (una centsima
parte).Principio de funcionamiento[editar]
Transformador monofsico ideal.El principio de funcionamiento del
transformador tiene sus bases en la teora del electromagnetismo
resumida en lasecuaciones de Maxwell.Corriente de inrush[editar]La
corriente de inrush o corriente transitoria de magnetizacin es una
corriente varias veces la corriente nominal que se produce al
momento de conectar el transformador a la red. Puede ser de 10
veces la corriente nominal hasta 100 veces en casos
raros.1Historia[editar]
Transformador de ncleo laminado mostrando el borde de las
laminaciones en la parte superior de la unidad.Primeros pasos: los
experimentos con bobinas de induccin[editar]El fenmeno de induccin
electromagntica en el que se basa el funcionamiento del
transformador fue descubierto porMichael Faradayen 1831, se basa
fundamentalmente en que cualquier variacin de flujo magntico que
atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en
que la corriente inducida slo permanece mientras se produce el
cambio de flujo magntico.La primera "bobina de induccin" fue
inventada por el sacerdote Nicholas Joseph Callan en la Universidad
de Maynooth en Irlanda en 1836. Callan fue uno de los primeros
investigadores en darse cuenta de que cuantas ms espiras hay en el
secundario, en relacin con el bobinado primario, ms grande es el
aumento de la tensin elctrica.Los cientficos e investigadores
basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de induccin para
obtener mayores tensiones en las bateras. En lugar de corriente
alterna (CA), su accin se bas en un "do&break" mecanismo
vibrador que regularmente interrumpa el flujo de la corriente
directa (DC) de las bateras.Entre la dcada de 1830 y la dcada de
1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de induccin, en
su mayora por ensayo y error, revel lentamente los principios
bsicos de los transformadores. Un diseo prctico y eficaz no apareci
hasta la dcada de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador
sera un papel decisivo en la Guerra de las Corrientes, y en que los
sistemas de distribucin de corriente alterna triunfaron sobre sus
homlogos de corriente continua, una posicin dominante que mantienen
desde entonces.En 1876, el ingeniero rusoPavel Yablochkovinvent un
sistema de iluminacin basado en un conjunto de bobinas de induccin
en el cual el bobinado primario se conectaba a una fuente de
corriente alterna y los devanados secundarios podan conectarse a
varias lmparas de arco, de su propio diseo. Las bobinas utilizadas
en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La
patente aleg que el sistema podra, proporcionar suministro por
separado a varios puntos de iluminacin con diferentes intensidades
luminosas procedentes de una sola fuente de energa elctrica.En
1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungra asignaron parte
de sus recursos de ingeniera para la fabricacin de aparatos de
iluminacin elctrica para Austria y Hungra. En 1883, realizaron ms
de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofreca un sistema que
constaba de dos lmparas incandescentes y de arco, generadores y
otros accesorios.En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs
expusieron por primera vez un dispositivo con un ncleo de hierro
llamado "generador secundario" en Londres, luego vendieron la idea
a la compaa estadounidenseWestinghouse Electric. Tambin este
sistema fue expuesto en Turn, Italia en 1884, donde fue adoptado
para el sistema de alumbrado elctrico.El nacimiento del primer
transformador[editar]Entre 1884 y 1885, los ingenieros hngarosKroly
Zipernowsky,Ott BlthyyMiksa Dri, de la compaa Ganz, de ese pas,
crearon enBudapestel modelo ZBD detransformador de corriente
alterna, basado en un diseo de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs slo
disearon un modelo de ncleo abierto). Descubrieron la frmula
matemtica de los transformadores:
dondeVses la tensin en el secundario yNses el nmero de espiras
en el secundario;VpyNpse corresponden al primario.Su solicitud de
patente hizo el primer uso de la palabratransformador, que haba
sido acuada porBlthy Ott.En 1885,George Westinghousecompr las
patentes delZBDy las de Gaulard y Gibbs. l le encomend aWilliam
Stanleyla construccin de un transformador de tipo ZBD para uso
comercial. Este diseo se utiliz por primera vez comercialmente en
1886.Otra informacin de inters[editar]
Transformador de tres fases.El primer sistema comercial de
corriente alterna con fines de distribucin de la energa elctrica
que usaba transformadores se puso en operacin en 1886 en Great
Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de Amrica. En ese
mismo ao, la electricidad se transmiti a 2.000 voltios en corriente
alterna a una distancia de 30 kilmetros, en una lnea construida en
Cerchi, Italia. A partir de esta pequea aplicacin inicial, la
industria elctrica 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. El aparato que aqu
se describe es una aplicacin, entre tantas, derivada de la
inicialbobina de Ruhmkorffo carrete de Ruhmkorff, que consista en
dos bobinas concntricas. A una bobina, llamadaprimario, se le
aplicaba una corriente continua proveniente de una batera,
conmutada por medio de unruptormovido por el magnetismo generado en
un ncleo de hierro central por la propia energa de la batera. El
campo magntico as creado variaba al comps de las interrupciones, y
en el otro bobinado, llamadosecundarioy con muchas ms espiras, se
induca una corriente de escaso valor pero con una fuerza elctrica
capaz de saltar entre las puntas de unchispmetroconectado a sus
extremos.Tambin da origen a las antiguasbobinas de ignicindel
automvilFord T, que posea una por cada buja, comandadas por
undistribuidorque mandaba la corriente a travs de cada una de las
bobinas en la secuencia correcta.
Untransformadores una mquina esttica decorriente alterno, que
permite variar alguna funcin de la corriente comoel voltaje o la
intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de
un transformador ideal.Para lograrlo, transforma la electricidad
que le llega al devanado de entrada enmagnetismopara volver a
transformarla en electricidad, en las condiciones deseadas, en el
devanado secundario.La importancia de los transformadores, se debe
a que, gracias a ellos, ha sido posible el desarrollo de la
industria elctrica. Su utilizacin hizo posible la realizacin
prctica y econmica deltransporte de energa elctricaa grandes
distancias.Introduccin.La eleccin correcta de un banco de
transformadores de distribucin no es tarea que se pueda tomar a la
ligera, por lo que el conocimiento a fondo de esta mquina es
indispensable para todo proyectista elctrico, por otra parte, poner
fuera de servicio un transformador de distribucin representa un
serio problema para las empresas que se ocupan de prestar servicio
de electricidad a las comunidades, ya que ello siempre trae consigo
un apagn ms o menos prolongado de un sector poblacional. No
obstante, el caso se vuelve ms dramtico cuando la interrupcin de
las operaciones del transformador es causada intempestivamente por
un accidente del equipo, pues a los inconvenientes arriba
mencionados tendramos que aadir el costo de reparacin o reposicin
del transformador.Se tratarn sucesivamente los ensayos a
transformadores de distribucin.2. Tipos de transformadores.Tipo
convencional de poste: Los transformadores de este tipo (fig. 1)
constan de ncleo y bobinas montados, de manera segura, en un tanque
cargado con aceite; llevan hacia fuera las terminales necesarias
que pasan a travs de bujes apropiados.
fig. 1Los bujes de alto voltaje pueden ser dos, pero lo ms comn
es usar un solo buje adems de una terminal de tierra en la pared
del tanque conectada al extremo de tierra del devanado de alto
voltaje para usarse en circuitos de varias tierras. El tipo
convencional incluye solo la estructura bsica del transformador sin
equipo de proteccin alguna. La proteccin deseada por sobre voltaje,
sobrecarga y cortocircuito se obtiene usando apartarrayos e
interrupciones primarias de fusibles montados separadamente en el
poste o en la cruceta muy cerca del transformador. La interrupcin
primaria del fusible proporciona un medio para detectar a simple
vista los fusibles quemados en el sistema primario, y sirve tambin
para sacar el transformador de la lnea de alto voltaje, ya sea
manual, cuando as se desee, o automticamente en el caso de falla
interna de las bobinas.Transformador autoprotegido: el
transformador autoprotegido (fig.2) tiene un cortocircuito
secundario de proteccin por sobrecarga y cortocircuito, controlado
trmicamente y montado en su interior; un eslabn protector de
montaje interno conectado en serie con el devanado de alto voltaje
para desconectar el transformador de la lnea en caso de falla
interna de las bobinas, y uno o ms apartarrayos montados en forma
integral en el exterior del tanque para proteccin por sobrevoltaje.
En caso todos estos transformadores, excepto algunos con capacidad
de 5KVA, el cortocircuito opera una lmpara de seal cuando se llega
a una temperatura de devanado predeterminada, a manera de
advertencia antes del disparo. Si no se atiende la seal y el
cortocircuito dispara, puede restablecerse este y restaurarse la,
carga por medio de una asa externa . Es comn que esto se logre con
el ajuste normal del cortocircuito, pero si la carga se a sostenido
por un tiempo prolongado tal que haya permitido al aceite alcanzar
una temperatura elevada, el cortacircuito podr dispararse de nuevo
en breve o podr ser imposible restablecerlo par que permanezca
cerrado. En tales casos, puede ajustarse la temperatura de disparo
por medio de una asa externa auxiliar de control para que pueda
volverse a cerrar el cortocircuito por la emergencia hasta que
pueda instalarse un transformador ms grande.
fig. 2Transformador autoprotegido trifsicos. Estos
transformadores son similares a las unidades monofsicas, con la
excepcin de que emplea un cortocircuito de tres polos. El
cortacircuito est dispuesto de manera que abra los tres polos en
caso de una sobrecarga seria o de falla en alguna de las fases.
(fig 3)
fig. 3Transformador autoprotegido para bancos de secundarios.
Esta en otra variante en la que se proporcionan los transformadores
con los dos cortacircuitos secundarios paras seccionar los
circuitos de bajo voltaje, confinar la salida de operacin nicamente
a la seccin averiada o sobrecargada y dejar toda la capacidad del
transformador disponible para alimentar las secciones restantes.
Estos tambin se hacen para unidades monofsicas y
trifsicas.Transformadores de distribucin del "tipo estacin": estos
transformadores tienen, por lo general, capacidad para 250,333
500KVA. En la figura 4 se ilustra un transformador de distribucin
del tipo de poste/estacin. Para la distribucin a redes de bajo
voltaje de c.a. en reas de alta densidad de carga, hay
transformadores de red disponibles en capacidades an mayores.
Leer ms:
http://www.monografias.com/trabajos11/tradi/tradi.shtml#ixzz3SyuIt2Vz
TRANSFORMADORESLos transformadores son dispositivos
electromagnticos estticos que permiten partiendo de una tensin
alterna conectada a su entrada, obtener otra tensin alterna mayor o
menor que la anterior en la salida del transformador.Permiten as
proporcionar una tensin adecuada a las caractersticas de los
receptores. Tambin son fundamentales para el transporte de energa
elctrica a largas distancias a tensiones altas, con mnimas perdidas
y conductores de secciones moderadas.CONSTITUCION Y
FUNCIONAMIENTOConstan esencialmente de un circuito magntico cerrado
sobre el que se arrollan dos bobinados, de forma que ambos
bobinados estn atravesados por el mismo flujo magntico. El circuito
magntico est constituido (para frecuencias industriales de 50 Hz)
por chapas de acero de poco espesor apiladas, para evitar las
corrientes parsitas .El bobinado donde se conecta la corriente de
entrada se denomina primario, y el bobinado donde se conecta la
carga til, se denomina secundario.La corriente alterna que circula
por el bobinado primario magnetiza el ncleo de forma alternativa.
El bobinado secundario est as atravesado por un flujo magntico
variable de forma aproximadamente senoidal y esta variacin de flujo
engendra por la Ley de Lenz, una tensin alterna en dicho
bobinado.
Circuitos primario y secundario en un transformador
Construccin del ncleo de un transformador con devanados
coaxialesECUACIONES FUNDAMENTALESEl valor eficaz de la fuerza
electromotriz en los devanados del transformador se determina por
las siguientes frmulas:U1= 4,44 BMA f n1U2= 4,44 BMA f n2En
donde:U1= tensin en devanado primario (voltios)U2= tensin en
devanado secundario (voltios)BM= valor mximo de la induccin
magntica en el ncleo (Tesla).(En ncleos de hierro magnticos de
transformador suele tener un valor mximo de 1,4 Tesla)f= frecuencia
de la corriente alterna (Hz)n1= nmero de espiras del devanado
primario (adimensional)n2= nmero de espiras del devanado secundario
(adimensional)A= rea de la seccin recta del ncleo magntico (m2)Si
el primario y el secundario estn atravesados por la misma induccin
mximaBMy la seccinAdel
