CURSO TALLER ACTIVIDAD 15 TRANSFORMADOR

Transcripción

1 CURSO TALLER ACTIVIDAD 15 TRANSFORMADOR Un transformador es un elemento que transfiere energía de un circuito a otro mediante inducción electromagnética. Es un dispositivo eléctrico que sirve para bajar o elevar el voltaje de la línea de alimentación. En el primer caso se denomina transformador reductor y en segundo, transformador elevador. Físicamente, un transformador se compone de dos o más arrollamientos devanados sobre un núcleo magnético. En el caso más simple un transformador se compone de un devanado primario, un devanado secundario y el núcleo, como se muestra en la figura 1. El transformador siempre se alimenta por el devanado primario. Figura 1. Forma física de un transformador El transformador consta de las siguientes partes: a. El núcleo: Son láminas de hierro al silicio, pueden tener formas acorazados y/o anillados. b. Devanado: Es el arrollamiento de alambre, llamado también bobina y estas son bobina primaria y secundaria, la bobina primaria es el que recibe la energía eléctrica de la línea de alimentación, la bobina secundaria es el que recibe la energía del primario por inducción y está conectado a la línea de carga o utilización. c. Carrete. Es un material aislante sobre el cual se arrolla las bobinas.

2 El símbolo que representa a un transformador (ideal o sin pérdidas), se representa en la figura 2: Figura 2. Símbolo de transformador Donde y son el número de espiras del primario y del secundario, respectivamente. El voltaje del secundario inducido(vs), es producido por el mismo flujo que el voltaje primario inducido y está en fase con el voltaje primario, o 180 fuera de fase con él, dependiendo de la manera en que las bobinas se encuentren devanadas sobre el núcleo. Para el transformador ideal se cumple que: Vp Vs Ip Por lo tanto la potencia para un transformador ideal: Vp Ip 1 Vs Por lo tanto: Pp Ps Si se llevan dos bobinas no blindadas de modo que queden muy próximas entre sí, sus campos magnéticos interactúan. Las líneas de fuerza magnética de una bobina cortará las espiras de la otra, de manera que cada una de las bobinas inducirá un voltaje en la otra y un voltaje en si misma: esto se denomina inductancia mutua (M). La intensidad de la inductancia mutua depende del coeficiente de acoplamiento. En la teoría se obtienen acoplamientos del 100%. En la práctica esto nunca se obtiene y es un caso ideal. Para que exista voltaje inducido, se debe originar un campo magnético variable. Por lo tanto los transformadores solo funcionan y/o se utilizan en A.C. 2

3 El análisis del transformador es una tarea difícil, a menos que se hagan suposiciones o idealizaciones iniciales. El modelo del circuito real o circuito equivalente debe incluir la resistencias de las bobinas, la fuga o dispersión de flujo, las pérdidas en el núcleo y el hecho de que le núcleo tiene permeabilidad finita. Por consiguiente las características para un transformador ideal son: 1. La resistencia de los devanados es despreciable. 2. La energía perdida o la pérdida en el núcleo son despreciables. 3. Todo el flujo enlaza cada vuelta en cada bobina, o sea que la fuga de flujo es cero. 4. El material del núcleo tiene permeabilidad infinita. 5. Los efectos de la capacitancia resultan despreciables. Veamos cual sería la expresión para una resistencia conectada en el secundario, al ser reflejada en el primario: Figura 2. Reflejo de resistencia del primario al secundario Rp Vp Ip Vs 2 Vs Por lo tanto: Rs Vs Rp R L 2 R L Esto quiere decir que si > la resistencia aumenta y si < la resistencia disminuye ACCIÓN DE TRANSFORMADOR. Los inductores que interactúan no requieren estar en el mismo circuito. El campo magnético desde la bobina de un circuito puede inducir un voltaje en la bobina de un circuito diferente, este proceso se llama acción de transformador. 3

4 APLICACIONES DE LOS TRANSFORMADORES. Transformador aislador o transformador 1:1 La relación entre los devanados es uno a uno. Simplemente aísla eléctricamente al circuito de carga de la fuente de alimentación. Transformador reductor El voltaje en el secundario es menor que en el primario, sin embargo se induce la misma cantidad de corriente en la bobina secundaria, independiente del número de espiras. En otras palabras la potencia consumida por el secundario es la misma que la potencia consumida por el primario. Cuando el voltaje aumenta la corriente disminuye. Transformador elevador El voltaje en el secundario es mayor que en el primario. CHEQUEO DE TRANSFORMADORES CON EL MULTÍMETRO. El problema más común en los transformadores, es que el alambre de las bobinas primaria y secundaria se abre debido a corrientes excesivas que fluyen a través de ellas. Por lo tanto usando un multímetro en la función de óhmetro se puede probar la continuidad de las bobinas: las bobinas tienen una baja resistencia en C.D, por tanto, se medirán unos pocos ohmios de resistencia. Si la bobina está abierta, se medirán infinitos ohmios. Otro problema común en los transformadores, es que puede haber un cortocircuito entre el primario y el secundario. Si el transformador está bueno no se medirá continuidad entre los dos devanados. Si hay un cortocircuito entre las bobinas, se medirá una baja resistencia. Otra prueba que debe hacerse a los transformadores, es aplicar en el primario el voltaje especificado, normalmente 110 voltios, y medir en el secundario el voltaje de C.A con el multímetro en el rango y función correctos. Los transformadores de las fuentes de poder sufren daños debido a los aumentos bruscos en la alimentación de voltaje. En este caso se interrumpe el primario. También se pueden presentar daños en el secundario debido a sobrecargas o cortocircuitos. Las principales causas de falla en transformadores e inductores pueden atribuirse al grado de aislamiento. la temperatura ambiente y el esfuerzo eléctrico. A continuación se enumeran algunos casos: VOLTAJE PRIMARIO EXCESIVO. Si el voltaje primario es suficientemente alto puede producirse una perforación inmediata del aislamiento. Un sobrevoltaje moderado (aproximadamente de un 20% del Voltaje Nominal) conducirá a la rotura prematura del aislamiento. 4

5 FLUCTUACIÓN DE LA FRECUENCIA DE ENTRADA. Frecuencias menores del valor nominal provocarán baja reactancia y por lo tanto el flujo de corrientes más altas que las nominales. Frecuencias mayores del valor nominal, provocarán pérdidas más altas en el núcleo. Cualquiera de los dos casos provocará un sobrecalentamiento y la temperatura del dispositivo podría sobrepasar la máxima temperatura de diseño. Esto conducirá finalmente a rotura del aislamiento. CORRIENTE SECUNDARIA EXCESIVA. Corrientes secundarias mayores que los valores nominales producen un sobrecalentamiento del transformador, lo que debilita la resistencia dieléctrica del aislamiento. Esto puede provocar que los devanados se abran o se cortocircuiten. CÓMO SE ESPECIFICA COMPLETAMENTE UN TRANSFORMADOR? 1. Voltaje en el primario. 2. Voltaje en el secundario. 3. Potencia. Impone el valor de la CORRIENTE en el primario y en el secundario 4. Tipo de Transformador. En otras palabras la aplicación en que se va a utilizar. 5

6 TIPOS DE TRANSFORMADORES. Transformador de potencia Transformador de audio Transformador de pulsos Transformador de radiofrecuencia Transformador de doble sintonía Transformador de instrumentos. En la figura se muestran varios tipos de transformadores Figura 3. Tipos de transformadores para rectificadores Documento editado por: docente Ing. Iván Mora Documento revisado por: docente Ing. Álvaro Ospina 6