Diseño de transformadores monofásicos

INTRODUCCIÓN

En el diseño de los transformadores monofásicos se ha visto la manera de mejorar siempre el rendimiento de los mismos y es por ello que se ha buscado mejorar en todo lo que esté al alcance de los fabricantes, en lo más relevante que podemos conocer existen las formas de los núcleos (para evitar los flujos de dispersión), la forma de los devanados (con el fin quizás de tener menos peso), se han hecho núcleos de chapas (disminuir la resistencia interna del núcleo o disminuir el problema de pérdidas en el hierro).

Por ello explicaremos de forma detallada lo ya mencionado.

I. POR FORMA DE NÚCLEOS.

Como ya se dijo con el fin de disminuir el problema de flujos dispersos nació el núcleo acorazado, pero en la actualidad se sigue utilizando los núcleos de columnas para transformaciones de baja potencia, mientras que para altas potencias es recomendable utilizar los de forma acorazada.

a) COLUMNAS.

FORMA GENÉRICA.

DETALLE.-

Por convención o tradición siempre se tiene que la columna marcada con el número 1 es para el bobinado primario y la columna 2 es para el secundario, es asa que la flecha de color negro es el camino que le ofrecemos al flujo magnético y que idealmente debería seguir en su totalidad, pero en la realidad lo que sucede es que muchas de las líneas de flujo es desvían y escapan como muestra la flecha de color rojo, esto se le conoce como los flujos de dispersión, que no son más que líneas que se escapan y cierran su camino con el aire. Es por ello que para transformadores de baja potencia o un máximo de 50KVA es muy recomendable utilizar este tipo de núcleos ya que si se hiciera un análisis perdidas versus costo, nos inclinaríamos mucho por tener algo de pérdidas pero no gastar tanto como sería el caso de utilizar un núcleo acorazado.

b) ACORAZADOS. FORMA GENÉRICA.

DETALLE.-

En esta forma de núcleo tanto el bobinado primario como secundario se encuentran en la columna central, y por lo general esta es el doble que las columnas de los laterales. Al igual que en la forma anterior sigue habiendo los flujos dispersos pero en menor escala y ahora se brinda dos caminos para que el flujo recorra y se cierre en el hierro.

Cabe decir que esta forma de núcleo es más costosa pero para transformadores de gran potencia que superen los 50KVA es mucho más rentable tener un núcleo acorazado.

A continuación se expone una gráfica ya con los devanados para una mejor apreciación.

FIG. 1 NÚCLEOS ACORAZADOS Y A COLUMNAS.1

II. TIPOS DE CHAPAS MONOFASICAS.

Como ya se expuso los tipos de núcleos ahora bien para minorar o disminuir el problema de pérdidas en el hierro no se construyen núcleos macizos sino más bien se construye núcleos de chapas, y si analizamos por formas simplemente podemos decir que hay las de columnas para núcleos a columnas y las acorazadas, pero esto sería obvio, más bien en este caso haremos el análisis por niveles de potencia.

CHAPAS POR LA FORMA DEL NUCLEO.

Los nombres que tomarían serian por la forma de la letra que se aprecia no más.

FIG. 2. GRAFICAS DE CHAPAS2

"La más interesante para los autores seria la forma de chapa llamada EC ya que en la zona donde se colora los devanados es circular o cilíndrica como se desease ver, lo interesante seria que al ser circular el área es menor y por tanto se necesitaría menos cobre en caso de que el bobinado sea de cobre y esto conlleva menos gastos para el usuaria y también menos peso en la máquina".

CHAPAS POR EL NIVEL DE POTENCIA.

BAJA POTENCIA.

En este tipo de chapas son las comunes y corrientes, en esto no habría nada que acotar.

MEDIANA POTENCIA.

En este caso debido a que la potencia es mayor la temperatura en el interior del núcleo también se eleva, entonces como una estrategia para enfriar el núcleo y con esto disminuir la temperatura en el interior de la maquina se ha propuesto y diseñado más chapas escalonadas, se pueden apreciar en la imagen siguiente.

FIG 3. NÚCLEO CON CHAPAS ESCALONADAS.3

DETALLE.-

En el área donde se señala con el círculo rojo es por donde circularía aire que enfriaría las chapas, es su conjunto al núcleo y en general a la máquina, esto nos ayuda que si el núcleo se calienta el devanado que está en el también, entonces al mantener temperaturas no tan elevadas ayudamos a que las resistencias del cobre no se eleven y disminuyan las perdidas por el cobre.

ALTAS POTENCIAS.

FIG 4. NÚCLEO CON CHAPAS ESCALONADAS Y CANALES DE REFRIGERACIÓN.4

Detalle.-

Como podemos observar en la gráfica los círculos son los canales de refrigeración y estos nos ayudan a bajar la temperatura de los grandes transformadores, ya que a mayor potencia mayor temperatura.

III. POR DEVANADOS.

En los devanados casi no se le toma importancia a la forma del mismo sino más bien que potencia será la que va a soportar, debido a esto se los puede clasificar en devanados de baja tensión y de alta tensión, sin importar también si es para el primario o secundario.

Entonces lo único que tendríamos que tener en cuenta que potencia va a soportar y ponerles el calibre adecuado para que soporten la misma.

En el anexo 1 se presenta una tabla normalizada con los números de chapas y la medida de cada columna.

IV. CONCLUSIONES.

En lo analizado podemos darnos de cuenta que todo lo que se intenta mejorar es para disminuir gastos y mejorar el rendimiento, pero lo más importante es que se mejoran muchas cosas pero no la forma de las columnas de los núcleos, quizás si estos tuvieran columnas circulares y de chapas o hubiese núcleos toroidales no solo para uso de laboratorios se mejoraría mucho más, la conclusión es que las columnas cuadradas o rectangulares son mucho más fuertes y su construcción es mucho más fácil de hacer que las circulares.

V. BIBLIOGRAFÍA.

[1] Huamaní Rubén, "Núcleo del Transformador", Universidad Nacional del Centro del Perú, http://dc307.4shared.com/doc/RJ- gLHGy/preview.html

[2]http://www.unicrom.com/Tut_constitucion_tr ansformador_potencia.asp.

[3]http://construyasuvideorockola.com/transfor mador_casero_01.php

[4]http://www.sapiensman.com/electrotecnia/tra nsformador_electrico6.htm.

[5] ALEJANDRO SERNA GRISALES, "diseño de transformadores monofásicos", UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2010.

[6]garaje.ya.com/migotera/atrafo2.htm.

[7] Pozueta Rodríguez Miguel Ángel. "Constitución de las maquinas eléctricas", España, Universidad de Cambria, 2010. 42 p. http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/con

stitucion%20maq%20elec.pdf

[8] http://www.qsl.net/lu9dtc/lam.htm

ANEXO

LAMINACIONES PARA NÚCLEOS DE TRANSFORMADORES5

EN CHAPA DE HIERRO – SILICIO (fe – si)

(Todas las medidas están expresadas en milímetros)

NOTAS:

1 Huamaní Rubén, "Núcleo del Transformador", Universidad Nacional del Centro del Perú, http://dc307.4shared.com/doc/RJ -gLHGy/preview.html

2 Huamaní Rubén, "Núcleo del Transformador", Universidad Nacional del Centro del Perú, http://dc307.4shared.com/doc/RJ -gLHGy/preview.html

3http://www.unicrom.com/Tut_constitucion_transformado r_potencia.asp

4http://www.unicrom.com/Tut_constitucion_transformado r_potencia.asp

5http://www.qsl.net/lu9dtc/lam.htm

Autor:

Kevin Jaramillo

Luis Zhunio

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA CUENCA – ECUADOR