Diseño de transformadores monofásicos

Resumen

En este documento como ensayo previo mostraremos el correcto diseño para transformadores monofásicos en cuanto indicaremos las partes importantes que debemos tomar en cuenta para el diseño que consta de tipos de núcleos magnéticos, diseño de devanados y por sus tipos de chapas que están normalizadas en el medio de las maquinas eléctricas y sobre las características importantes que ofrece cada diseño sobre las ventajas y desventajas que ofrecen cada uno de ellos

PALABRAS CLAVES: bobina, núcleo, monofásico, perdidas, transformador

Introducción

El Transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre sí eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferro magnético. El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de entrada, con independencia si se trata la mayor (alta tensión) o menor tensión (baja tensión) y el arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del transformador se denominan lado de entrada y lado de salida. El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético

Figura 1. Núcleo de un Transformador

DISEÑO PARA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

Diseño de núcleos magnéticos monofásicos (tipo columnas y acorazado)

• 2.1.1 Transformador monofásico de columnas

El transformador a columnas posee sus dos bobinados repartidos entre dos columnas del circuito magnético. En la figura se trata de un transformador monofásico dónde el circuito magnético se cierra por las culatas superior e inferior En los transformadores de columnas los bobinados son claramente visibles y están devanados sobre núcleos en forma de columnas, unidos por extremos, a las otras columnas por un yugo o puente

Figura 2. Transformador Monofásico tipo Columna

• 2.1.2 Transformador monofásico acorazado

El transformador acorazado se caracteriza por tener dos columnas exteriores, por las que se cierra el circuito magnético, estas dos columnas no poseen ningún devanado. En los Transformadores monofásicos el devanado primario y secundario se agrupan en la columna central y el transformador tiene tres columnas en total. Este tipo de núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersión magnética, 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 laminaciones se hacen en troqueles. Las formas de construcción pueden ser distintas y varían de acuerdo con la potencia

En los transformadores acorazados el flujo producido por cada bobinado es encerrado en un anillo magnético, de modo que no hay interacción entre el flujo de una fase y las restantes.

Figura.3 Transformador monofásico acorazado

Diseño de devanados

La disposición de los devanados en los transformadores debe ser hecha de tal manera que se concilien en la mejor forma la exigencia que son contrastantes entre si del aislamiento y de la mejor dispersión del flujo La clasificación más grande que hay de los transformadores es la de su posición de los devanados y estos se clasifican en:

• 2.2.1  Transformadores de devanados separados

Figura 4.. Esquema físico de un Transformador según la posición de sus devanados.

• 2.2.2  Transformadores de devanados concéntricos

Cada uno de los devanados están distribuido a lo largo de la columna el devanado de tensión baja se encuentra en la parte interna y aislado del núcleo y del tensión más elevada por medio de tubos aislantes

Figura 5. Esquema físico de un Transformador con devanados concéntricos.

• 2.2.3  Transformadores de bobinas alternadas.

Este tipo de devanado están subdivididos cada uno en una cinta numero de bobinas que están dispuestas en las columnas en forma alternada

Figura 5. Esquema físico de un Transformador con bobinas alternadas

Tipos de chapas normalizadas (formas y tamaños)

Para diseños de chapas normalizadas y el uso para el diseño de transformadores monofásicos debes tener en cuenta los siguientes puntos

Figura 6. Cortes de chapas para núcleos

Elección de la chapa magnética: (ancho de la columna B)

La elección de la chapa se hace en función de la sección neta (Sn) resultante y con ayuda de la tabla Correspondiente.

Sección del núcleo:

· Sección neta: sección en cm2 de circuito magnético.

Elección del carrete: (dimensiones de la ventana del carrete B•A) Se hará el función de la chapa elegida y de la sección real (Sr) del núcleo.

CHAPAS PARA TRANSFORMADORES MEDIDAS

En esta imagen esta explicado las medidas que pueden tomar las chapas tomando en cuenta la tabla que se encuentra a continuación se debe tomar según el acotamiento que se tiene en la imagen que tiene como nombre letras y los valores se encontraran en la tablas

Figura 7. Chapas para transformadores

DIMENSIONES PARA CHAPAS NORMALIZADAS DIN

E41-302

Figura 8. Tabla de chapas normalizadas

Número de chapas necesario: (Nchapas)

Se obtiene a partir de la medida (A) del carrete

y del espesor (e) de la chapa.

Figura 9. Carrete y núcleo de chapas

Conclusiones

Como conclusión decimos que hemos investigado sobre cómo debe ser diseñado un transformador que factores importantes hacen que el transformador tenga un optimo funcionamiento utilizando adecuadamente los tipos de chapas a utilizar las medidas y dimensiones de las chapas y sobre todo los conductores del bobinado y el diseño de los devanados que deseemos emplear en nuestro transformador utilizando las condiciones que requiere el diseño del transformador a diseñar

Citas/o referencias

[1] books.google.com.ec/books. Control. Vol. 47. No 5. pp 857-863. May 2002

[2] Itzamna.OPTAPLICADADISENO.pdfH.Khalil,"Nonlinear Systems", 2nd. ed., Prentice Hall, NJ, pp. 50-56, 1996

[3] Francis. B. A. and W. M. Wonham, "single phase transformer", Vol. 12. pp. 457-465. 1976.

NOTA

En los anexos están tablas normalizadas para los transformadores monofásicos dependiendo de los conductores las chapas metálicas materiales aislantes y las medidas de los carretes

Anexos

TABLAS PARA LOS DISEÑOS DE TRANSFORMADORES

DIMENSIONES DE LAS CHAPAS PARA LOS TRANSFORMADORES MONOFASICOS

Figura 10. Numero de chapas y sus Dimensionamientos

Propiedades de Materiales Aislantes

Las siguientes propiedades son indicativas de su orden de magnitud.

Figura 11. Tabla de Materiales Aislantes

Propiedades de Materiales y Chapas Magnéticas

A continuación, se ofrecen las propiedades orientativas de diversos tipos de materiales magnéticos.

Figura 12. Tabla de chapas Magnéticas

Dimensiones geométricas de chapa magnética para transformadores (Núcleos E/l):

OTRO FACTOR IMPORTANTE ES EL DE LOS TIPOS DE CARRETES QUE SE USAN EN EL TRANSFORMADOR MONOFASICO

TABLA PARA LOS TIPOS DE CONDUCTORES A USAR EN LOS DISEÑOS DE TRANSFORMADORES

Autor:

Javier Pillco