Las pérdidas en un transformador
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Ninguna maquina eléctrica es ideal, es decir siempre tienen algún tipo de perdida al realizar untrabajo untrabajo,, siendo estas estáticas o dinámicas En el caso del transformador estas pérdidas son estáticas En un trasformador se producen perdidas esencialmente por las siguientes causas: por ciclos de histéresis por corrientes parasitas (corrientes de Foucault Foucault (Estas dos llamadas también perdidas en el hierro hierro pedidas en el cobre cobre del del bobinado
Perdidas en el hierro !omo se menciono anteriormente de forma bre"e las perdidas en el hierro son las perdidas por histéresis # por corrientes parasitas Las corrientes parasitas se producen en cualquier material conductor cuando se encuentran sometidos a una "ariaci$n de flujo magnético, como los núcleos de los transformadores transformadores están están hechos de materiales materiales magnéticos magnéticos # estos materiales son buenos conductores se genera una fuerza fuerza electromotriz electromotriz inducida que origina corrientes que circulan en el mismo sentido dando lugar a el denominado efecto %oule &as perdidas por corrientes parasitas dependerán del material con el que está construido el núcleo magnético del transformador 'ara reducir en parte estas pérdidas de potencia es necesario que el núcleo del transformador que esta bajo un flujo "ariable no sea macizo, es decir el núcleo deberá estar construido con chapas magnéticas de espesores mu# delgados, colocadas una enzima de otra # aisladas entre si l colocar las chapas magnéticas lo que conseguimos es que lacorriente la corriente eléctrica no eléctrica no pueda circular de una chapa a otra # se mantenga independientemente en cada una de ellas con lo que se induce menos corriente # disminu#e la potencia perdida por corrientes parasitas o corrientes de Foucault En la imagen 1 podemos obser"ar primero un flujo en un núcleo macizo # por consiguiente una gran cantidad de pérdidas de energ)a que deri"aran en perdidas ine"itables de potencia En cambio en la siguiente imagen podemos obser"ar la funci$n de las chapas en el núcleo reduciendo las corrientes inducidas # por lo tanto menos perdidas de potencia
En la siguiente tabla (tabla 1 se e*presa las caracter)sticas de construcci$n los "alores magnéticos para determinar las pérdidas de potencia en el hierro en funci$n del espesor, la aleaci$n # la inducci$n
'ara realizar un cálculo numérico de las perdidas en el hierro por las corrientes parasitas recurrimos a la siguiente formula:
La histéresis magnética es el fen$meno que se produce cuando la imantaci$n de los materiales ferro magnéticos no solo depende del flujo magnético, sino de los estados magnéticos anteriores+ En el caso de los transformadores al someter un material magnético a un flujo "ariable se produce una imantaci$n que se mantiene al cesar el flujo "ariable, lo que pro"oca una perdida de energ)a En la imagen 2 podemos "er de una forma más clara lo que se trata de e*plicar
e igual forma que en las corrientes parasitas el ciclo de histéresis dependerá esencialmente del tipo de material 'ara calcular numéricamente las perdidas por histéresis podemos usar la siguiente igualdad
- por lo tanto se puede concluir que las perdidas en el hierro son la suma de las perdidas por ciclos de histéresis # las perdidas por corrientes parasitas
Perdidas en el cobre
Es la suma de las potencias pérdidas en los bobinados de un transformador . .e deben a la disipaci$n de calor que se producen en los de"anados+ El "alor de esta potencia depende del cuadrado de las intensidades de corriente de carga # a la resistencia de los bobinados, la cual "ar)a mucho desde el funcionamiento en "ac)o a plena carga+ Estas pérdidas las podemos calcular numéricamente atre"es de la siguiente f$rmula:
&eer más: http://000+monografias+com/trabajos12/perdidas3transformador3monofasico/perdidas3 transformador3monofasico+shtml4i*zz56b78q*eo
Método práctico para medir las pérdidas en el hierro de un transformador Método de prueba al vacio l usar este método a tra"és de la medici$n de la tensi$n, intensidad de corriente # potencia solamente en el bobinado primario # dejando el bobinado secundario abierto es decir el bobinado secundario no será recorrido por ninguna intensidad # de esta manera obtenemos directamente la potencia perdida en hierro &as perdidas en el hierro las podemos medir fácilmente, le#endo la entrada en "atios por medio de un "at)metro+
Imagen 3 Es con"eniente controlar la tensi$n aplicada al bobinado del transformador por ejemplo usando un autotransformador "ariando la tensi$n desde cero hasta el "alor de la tensi$n nominal
Método para determinar las pérdidas en el cobre METODO DEL CORTO CIRCUITO !on este método en corto circuito conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una peque9a tensi$n al bobinado primario # cortocircuitando el bobinado secundario con un amper)metro (como se indica en la siguiente figura
Imagen 4 El método consiste en aplicar progresi"amente una tensi$n "oltio a "oltio, hasta llegar a las intensidades nominales en los bobinados &a tensi$n aplicada, una "ez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensi$n de corto circuito+ Esta tensi$n supone un "alor bajo con respecto a la tensi$n nominal aplicada al transformador cuando está en carga Estas pérdidas las podemos determinar directamente con el "at)metro conectándolo en el bobinado primario
Midiendo la resistencia de los bobinados .e aplica a cada de"anado un "oltaje de corriente continua de "alor bajo, por ejemplo 27 ;oltios, se mide la corriente # el "oltaje del de"anado en cuesti$n, se aplica la le# de
Imagen
Rendimiento de un transformador El rendimiento de un transformador se define como la relaci$n entre la potencia de salida # la potencia absorbida de la red por el transformador
'ara determinar el rendimiento de un transformador de una madera rápida # directa podemos medir con un "at)metro la potencia del bobinado primario # de igual forma con otro "at)metro la potencia del bobinado secundario, de tal forma que el rendimiento del transformador "endrá determinado por el coeficiente que resulte entre estos dos "alores
Como corregir para evitar perdidas DI!"# P$R$ !%I&$R P'RDID$ nteriormente se menciona que para e"itar las corrientes parasitas # reducir en cierta forma las pérdidas de potencia se utiliza chapas mu# delgadas en el núcleo, pero como debe ser estas chapas= El tipo de chapas más utilizado es el que adopta la forma de E, tal como se puede apreciar en la figura (
Imagen ! e igual forma en la figura( podemos obser"ar la manera de armar o construir el núcleo+ l construir de esta manera en núcleo apro"echamos casi es su totalidad el flujo magnético, e"itándose las pérdidas por dispersi$n, este núcleo recibe el nombre de >núcleo acorazado>+ &a forma correcta de armar un transformador consiste en montar las chapas, en forma in"ertida, una con respecto a la siguiente, según se obser"e en la figura+ e esta forma se e"ita el entrehierro o espacio de aire que como hemos podido comprobar en nuestro estudio son un gra"e problema #a que disminu#en la permeabilidad magnética del circuito, lo cual se traduce en una pérdida en la intensidad o densidad del campo magnético, que+ &o cual desemboca en pérdidas de potencia continuaci$n se muestra una tabla con las medidas de chapas disponibles en el mercado con su respecti"a e*plicaci$n grafica
!fectos de la temperatura !omo he mencionado "arios "eces en este ensa#o gran parte de las pérdidas que tienen los transformadores se con"ierten en energ)a calor )fica, por eso se menciona en este punto c$mo reaccionan los materiales ferro magnéticos a cambios en la temperatura &a energ)a térmica hace que los dipolos magnéticos de un material ferromagnético sufran una desalineaci$n en su configuraci$n normal+
Imagen " l llegar a un l)mite de temperatura el ferromagnetismo de los materiales ferromagnéticos desaparece completamente, # el material se toma paramagnético+ Esta temperatura se denomina temperatura de Curie
En la siguiente tabla se indica el "alor de la temperatura de !urie para algunos materiales
?abla @
!lecci)n de materiales magnético l construir un transformador # elegir el material del núcleo debemos tener en cuanta algunos aspectos, de esta manera optimizamos los recursos e"itando posibles perdidas Aateriales blandos El uso de estos materiales está centrado en núcleos para transformadores,motores, generadores, equipos de comunicaci$n de alta sensibilidad debido a que son fácilmente imantar # desimantar, presentando cur"as de histéresis de apariencia estrecha con bajos campos coerciti"os # alta saturaci$n, # teniendo por tanto altas permeabilidades magnéticas (figura B a+ Propiedades magtiéticas de materiales blandos Cnducci$n Aaterial # composici$n de saturaci$n, D.,? ierro magnético, chapa de 7,2 cm
2,G
!ampo coerci"o, H¡, /cm
'ermeabilidad relati"a inicial i
7,1
2G7
A@H .i3Fe laminado en 2,75 fr)o (aleatorio
7,@H
G77
AH (7 I77J, @,2K .i3 2,7@ Fe (orientado
7,7H
+G77
5G Ni3GG Fe (5G
7,725
2L77
+H
'ermallo# LG Ni3G !u32 !r31 Fe (Aumetal
7,1
7,72
@7+777
MLB Ni3G Ao3G Fe37,G An (.upermallo#
7,L1
7,775
77+777
51K An<3 Fe2<@, G2K n<3 Fe2<@ (ferrita 7,@H sua"e
777 Tabla 4
Aateriales duros &os materiales magnéticos duros se caracterizan por una alta fuerza coerciti"a Hc # una alta inducci$n magnética remanente Br O de este modo, los ciclos de histéresis de estos materiales son anchos # altos (figura 9 b) Propiedades magnéticas seleccionadas de materiales magnéticos duros
Tabla
Imagen #
Conclusiones l finalizar este ensa#o puedo mencionar las siguientes conclusiones &as principales perdidas que e*isten en un transformador monofásico son causadas por flujos de histéresis, corrientes parasitas, # perdidas en el cobre 'odemos reducir esta perdidas de potencia en el transformador # mejorando su eficiencia tomando en cuanta "arios aspectos a la hora de la construcci$n de un transformador tales aspectos pueden ser, el uso de chapas en el núcleo, la selecci$n adecuada del material magnético a utilizar, entre otros El transformador es una gran herramienta en la "ida humana, # si tomamos en cuenta los aspectos mencionados en este ensa#o a la hora de construir un transformador, tendremos una maquina eléctrica con menos perdidas # con una alta eficiencia optimizando nuestrotrabajo # e"itando perdidas econ$micas
*ibliograf+a rchi"o 'F >estudios del transformador monofásico>, P?<8 NN 'agina Qeb >Qiquipedia enciclopedia libre>, transformado monofásico 'agina 0eb >monograf)as+com> materiales magnéticos 'agina 0eb>monograf)a+com> dise9o transformadores Cmágenes , 2, 5 tomadas de rchi"o 'F >estudios del transformador monofásico>, P?<8 NN Cmágenes @,G tomadas de rchi"o 'F >perdidas en el transformador en "acio>, P?<8 &uis lberto arcos .alazar Cmágenes 1,B tomadas de 'agina 0eb >monograf)as+com> materiales magnéticos ?abla G, 5,@ tomadas de 'agina 0eb >monograf)as+com> materiales magnéticos
utor: David $alencia Redrovan Pni"ersidad 'olitécnica .alesiana !uenca R Ecuador
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