Perdidas de potencia y eficiencia en los transformadores monofásicos (página 2)

También en este ensayo mencionaremos los métodos prácticas para medir las perdidas en un transformador

Método práctico para medir las pérdidas en el hierro de un transformador

Método de prueba al vacio

Al usar este método a través de la medición de la tensión, intensidad de corriente y potencia solamente en el bobinado primario y dejando el bobinado secundario abierto es decir el bobinado secundario no será recorrido por ninguna intensidad y de esta manera obtenemos directamente la potencia perdida en hierro

Las perdidas en el hierro las podemos medir fácilmente, leyendo la entrada en vatios por medio de un vatímetro.

Imagen 3

Es conveniente controlar la tensión aplicada al bobinado del transformador por ejemplo usando un autotransformador variando la tensión desde cero hasta el valor de la tensión nominal

Método para determinar las pérdidas en el cobre

METODO DEL CORTO CIRCUITO

Con este método en corto circuito conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al bobinado primario y cortocircuitando el bobinado secundario con un amperímetro (como se indica en la siguiente figura)

Imagen 4

El método consiste en aplicar progresivamente una tensión voltio a voltio, hasta llegar a las intensidades nominales en los bobinados

La tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensión de corto circuito. Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga

Estas pérdidas las podemos determinar directamente con el vatímetro conectándolo en el bobinado primario

Midiendo la resistencia de los bobinados

Se aplica a cada devanado un voltaje de corriente continua de valor bajo, por ejemplo 120 Voltios, se mide la corriente y el voltaje del devanado en cuestión, se aplica la ley de Ohm y se obtiene la resistencia efectiva en C.C, se multiplica por 1.1 para obtener la resistencia efectiva a la C.A.

De esta manera tenemos la corriente y la resistencia que tiene cada debando y podemos determinar la potencia perdida

Imagen 5

Rendimiento de un transformador

El rendimiento de un transformador se define como la relación entre la potencia de salida y la potencia absorbida de la red por el transformador

Para determinar el rendimiento de un transformador de una madera rápida y directa podemos medir con un vatímetro la potencia del bobinado primario y de igual forma con otro vatímetro la potencia del bobinado secundario, de tal forma que el rendimiento del transformador vendrá determinado por el coeficiente que resulte entre estos dos valores

Otra manera de calcular la eficiencia en un transformador es determinado el cociente de la potencia de salida y la potencia de entrada, sumándole las perdidas en el cobre y en el hierro

DISEÑOS PARA EVITAR PÉRDIDAS

Anteriormente se menciona que para evitar las corrientes parasitas y reducir en cierta forma las pérdidas de potencia se utiliza chapas muy 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 6

Imagen 6

De igual forma en la figura6 podemos observar la manera de armar o construir el núcleo. Al construir de esta manera en núcleo aprovechamos casi es su totalidad el flujo magnético, evitándose las pérdidas por dispersión, este núcleo recibe el nombre de "núcleo acorazado". La forma correcta de armar un transformador consiste en montar las chapas, en forma invertida, una con respecto a la siguiente, según se observe en la figura. De esta forma se evita el entrehierro o espacio de aire que como hemos podido comprobar en nuestro estudio son un grave problema ya que disminuyen la permeabilidad magnética del circuito, lo cual se traduce en una pérdida en la intensidad o densidad del campo magnético, que. Lo cual desemboca en pérdidas de potencia

A continuación se muestra una tabla con las medidas de chapas disponibles en el mercado con su respectiva explicación grafica

Efectos de la temperatura

Como he mencionado varios veces en este ensayo gran parte de las pérdidas que tienen los transformadores se convierten en energía calorífica, por eso se menciona en este punto cómo reaccionan los materiales ferro magnéticos a cambios en la temperatura

La energía térmica hace que los dipolos magnéticos de un material ferromagnético sufran una desalineación en su configuración normal.

Imagen 8

Al llegar a un límite de temperatura el ferromagnetismo de los materiales ferromagnéticos desaparece completamente, y el material se toma paramagnético. Esta temperatura se denomina temperatura de Curie

En la siguiente tabla se indica el valor de la temperatura de Curie para algunos materiales

Tabla 3

Elección de materiales magnético

Al construir un transformador y elegir el material del núcleo debemos tener en cuanta algunos aspectos, de esta manera optimizamos los recursos evitando posibles perdidas

Materiales blandos

El uso de estos materiales está centrado en núcleos para transformadores, motores, generadores, equipos de comunicación de alta sensibilidad debido a que son fácilmente imantar y desimantar, presentando curvas de histéresis de apariencia estrecha con bajos campos coercitivos y alta saturación, y teniendo por tanto altas permeabilidades magnéticas (figura 9 a).

Propiedades magtiéticas de materiales blandos

Tabla 4

Materiales duros

Los materiales magnéticos duros se caracterizan por una alta fuerza coercitiva Hc y una alta inducción magnética remanente Br; de este modo, los ciclos de histéresis de estos materiales son anchos y altos (figura 9 b)

Propiedades magnéticas seleccionadas de materiales magnéticos duros

Tabla 5

Imagen 9

Conclusiones

Al finalizar este ensayo puedo mencionar las siguientes conclusiones

Las principales perdidas que existen en un transformador monofásico son causadas por flujos de histéresis, corrientes parasitas, y perdidas en el cobre

Podemos reducir esta perdidas de potencia en el transformador y mejorando su eficiencia tomando en cuanta varios aspectos a la hora de la construcción de un transformador tales aspectos pueden ser, el uso de chapas en el núcleo, la selección adecuada del material magnético a utilizar, entre otros

El transformador es una gran herramienta en la vida humana, y si tomamos en cuenta los aspectos mencionados en este ensayo a la hora de construir un transformador, tendremos una maquina eléctrica con menos perdidas y con una alta eficiencia optimizando nuestro trabajo y evitando perdidas económicas

Bibliografía

Archivo PDF "estudios del transformador monofásico", AUTOR NN

Pagina Web "Wiquipedia enciclopedia libre", transformado monofásico

Pagina web "monografías.com" materiales magnéticos

Pagina web"monografía.com" diseño transformadores

Imágenes 1, 2, 4 tomadas de Archivo PDF "estudios del transformador monofásico", AUTOR NN

Imágenes 3,5 tomadas de Archivo PDF "perdidas en el transformador en vacio", AUTOR Luis Alberto arcos Salazar

Imágenes 8,9 tomadas de Pagina web "monografías.com" materiales magnéticos

Tabla 5, 4,3 tomadas de Pagina web "monografías.com" materiales magnéticos

Autor:

David Valencia Redrovan

Universidad Politécnica Salesiana

Cuenca – Ecuador