1. Transformador real
1.1. Cuando una fuente de potencia de ca se conecta a un transformador fluye una corriente en su circuito primario, aun cuando su circuito secundario esté en circuito abierto. Esta corriente es la corriente necesaria para producir un flujo en el núcleo ferromagnético real.
1.1.1. La corriente de magnetización im, que es la corriente necesaria para producir el flujo en el núcleo del transformador.
1.1.1.1. La corriente de magnetización en el transformador no es sinusoidal. Los componentes de más alta frecuencia en la corriente de magnetización se deben a la saturación magnética en el núcleo del transformador.
1.1.1.1.1. La corriente total en vacío, en el núcleo, se llama la corriente de excitación del transformador. Es, simplemente, la suma de la corriente de magnetización y la corriente por pérdidas en el núcleo: iex = im + ih+e
1.1.1.2. Una vez que la intensidad máxima de flujo alcanza el punto de saturación en el núcleo, un pequeño aumento en la intensidad pico de flujo requiere un aumento muy grande en la corriente de magnetización máxima.
1.1.1.3. La componente fundamental de la corriente de magnetización retrasa el voltaje aplicado al núcleo en 90°.
1.1.1.4. Los componentes de más alta frecuencia en la corriente de magnetización pueden ser más bien grandes, comparados con la componente fundamental. En general, cuanto más se impulse un núcleo de transformador hacia la saturación, tanto más grandes se volverán los componentes armónicos.
1.1.2. La corriente de pérdidas en el núcleo ih+e, que es la corriente necesaria para compensar las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas.
2. Circuitos equivalentes.
2.1. Las perdidas que ocurren en los transformadores reales tienen que explicarse en cualquier modelo confiable de comportamiento de transformadores. los detalles principales que deben tenerse en cuenta para la construcción de tal modelo son.
2.1.1. Pérdidas (FR) en el cobre.
2.1.2. Pérdidas de corrientes parásitas.
2.1.3. Pérdidas por histéresis.
2.1.4. Flujo de dispersión.
2.2. Circuito equivalente exacto de un transformador real.
2.2.1. eLP (t) = NP df LP/dt eLS (t) = NS df LS/dt f LP = (PNP)iP f LS = (PNS)iS eLP (t) = NP d/dt (PNP)iP = N2PP diP/dt eLS (t) = NS d/dt (PNS)iS = N2SP diS/dt eLP (t) = LP diP/dt eLS (t) = LS diS/d
2.2.1.1. regulacion de voltaje del transformador: RV = ( VS,SC – VS,PC ) / ( VS,PC ) * 100 %
2.2.1.1.1. eficiencia del transformador: h = PSAL / PENT * 100 % h = PSAL / ( PSAL + PPÉRDIDA ) * 100 %
3. Transformador trifasico.
3.1. Este tipo de transformadores se ocupa de la elevación y reducción de la tensión en diversas partes del sistema eléctrico: En generación cerca de los generadores para elevar la tensión de estos, en las líneas de transmisión y, por último, en distribución en donde se distribuye la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercios e industrias.
4. Componentes
4.1. núcleo: formado por chapas u hojas de metal(material ferromagnético). bobinas: alambres de cobre enrollados generalmente en las piernas del nucleo. Cambiador de taps. Rele de sobretension. tablero de control.
5. tipos
5.1. Transformador elevador/reductor de tensión Transformador de alimentación Transformador trifásico ( Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y) Autotransformador Bobina de núcleo de aire Transformador piezoeléctrico
6. Principios fundamentales del transformador.
6.1. Sistemas Electromagnéticos Establecer y controlar los campos electromagnéticos
6.1.1. Los campos magnéticos son el mecanismo fundamental para convertir la energía de una forma a otra en motores, generadores y transformadores.
6.1.1.1. un campo magnético es una región o zona de almacenamiento de energía que tiene la propiedad de producir fuerzas y realizar un trabajo
6.2. La relación de transformación (a): Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip=a
6.3. El funcionamiento de los transformadores se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, cuya explicación matemática se resume en las ecuaciones de Maxwell.
6.4. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario o inductor, producida esta por la corriente eléctrica que lo atraviesa, se produce la inducción de un flujo magnético en el núcleo de hierro. Según la ley de Faraday, si dicho flujo magnético es variable, aparece una fuerza electromotriz en el devanado secundario o inducido.
6.5. La tensión inducida en el devanado secundario depende directamente de la relación entre el número de espiras del devanado primario y secundario y de la tensión del devanado primario. Dicha relación se denomina relación de transformación.
7. Características y tipos de transformadores.
7.1. El transformador ideal es un dispositivo sin pérdidas. Tiene una impedancia cero en sus devanados.
7.1.1. VP(t) / VS(t) = NP / NS = a
7.1.2. En donde a se define como la relación de espiras del transformador
7.1.3. a = NP / NS
7.1.4. La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es
7.1.4.1. Pent = VP * IP * cos θ P En donde θ p es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundaria. La potencia que el circuito secundario suministra: Psal = VS * IS * cos θ S . La potencia que sale de un transformador es: Psal = VS *IS* cos θ Aplicando las ecuaciones de relación de espiras nos resulta Vs = Vp / a y Is = a * Ip así que Psal = (VP/a) * a * IP * cos θ Psal = VP * IP * cos θ = Pent La misma relación se aplica a la potencia reactiva Q y la potencia aparente S. Qent = VP *IP *sen θ = VS *IS *sen θ = Qsal Sent = VP *IP = VS *IS = Ssal
7.1.5. NP * iP(t) = NS * iS(t)
7.1.6. iP(t) / iS(t) = 1 / a
7.1.7. En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son
7.1.8. VP / VS = a
7.1.9. IP / IS = 1 / a