Pérdidas de potencia y eficiencia en transformadores monofásicos

Introducción

Al hablar de transformadores todos desearíamos que fueran ideales, pero esto es imposible de lograr ya que por más que el transformador sea construido de la mejor manera siempre obtendremos perdidas de potencia debidos a los diferentes factores que se mencionan a continuación.

Resumen

Lo esencial que podemos decir de las perdidas en los transformadores es que en la mayoría de los casos son producidos por la calidad del material del núcleo y también del alambre de cobre.

Las pérdidas en el hierro pueden ser por lo que se denominan corrientes parásitas y el ciclo de histéresis, por lo general la energía perdida es disipada en forma de calor.

Desarrollo

Al referirnos a los transformadores tenemos en cuenta que un transformador sería perfecto si es que la potencia entregada en el primario fuera la misma que sale del secundario, pero en la vida real estos transformadores no existen ya que siempre se pierde un poco de la potencia debido a varios factores. Algunos transformadores pueden aproximarse bastante a la idea de transformador ideal pero aún asi tienen una perdida pequeña.

Entre los factores que producen estas pérdidas podemos mencionar los siguientes:

• Pérdidas en el Cobre: Las pérdidas en el cobre son debidas a la resistencia óhmica presentada por el alambre, estas pérdidas se incrementan cuando la aumentamos la corriente que pasa por el alambre.

• Pérdidas en el Núcleo(Hierro): Este se subdivide en

• Pérdidas por histéresis magnética

• Pérdidas por corrientes parásitas

Histéresis Magnética

Se produce histéresis al someter al núcleo a un campo creciente, los imanes elementales giran para orientarse según el sentido del campo. Al decrecer el campo, la mayoría de los imanes elementales recobran su posición inicial, sin embargo, otros no llegan a alcanzarla debido a los rozamientos moleculares conservando en mayor o menor grado parte de su orientación forzada, haciendo que persista un magnetismo remanente que obligue a cierto retraso de la inducción respecto de la intensidad de campo.

Las pérdidas por histéresis representan una pérdida de energía que se manifiesta en forma de calor en los núcleos magnéticos. Con el fin de reducir al máximo estas pérdidas, los núcleos se construyen de materiales magnéticos de características especiales.

La pérdida de potencia es directamente proporcional al área de la curva de histéresis.

La histérisis magnética es el fenómeno que se origina cuando la imantación de algunos materiales ferromagnéticos no dependen solo del flujo sino además dependen de los estados magnéticos anteriores.

Cuando se trata de los transformadores, al someter el material magnético a un flujo que varía con el tiempo se produce una imantación que se mantiene al cortar el flujo variable, esto provoca una perdida de energía que como habíamos manifestado se expresa en forma de calor.

La potencia que se pierde debido a la histéresis depende tanto del tipo de material aunque también se le puede considerar a la frecuencia.

Para el cálculo de las pérdidas debido a la histéresis utilizamos la ecuación de Steinmetz que se muestra a continuación

Las corrientes de Foucault o corrientes parásitas

La corriente de Foucault es un fenómeno eléctrico descubierto por el físico francés Léon Foucault en 1851. Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado. Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados.

En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo, que no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste.