PERDIDAS DE POTENCIA Y EFICIENCIA EN LOS TRANSFORMADORES MONOFSICOS

1. Introduccin2. Mtodo prctico para medir las prdidas en el hierro de un transformador3. Mtodo para determinar las prdidas en el cobre4. Midiendo la resistencia de los bobinados5. Rendimiento de un transformador6. Conclusiones7. BibliografaIntroduccinComo ya aviamos mencionado anteriormente un transformador no es ms que una maquina elctrica que convierte cierta tensin que ingresa al transformador ya se aumentndola o disminuyndola a la salida pero estas maquinas elctricas no son ideales es decir tienen perdidas depotenciayeficienciadebido algunos factores que se mencionara a continuacinLas prdidas en un transformadorNinguna maquina elctrica es ideal, es decir siempre tienen algn tipo de perdida al realizar untrabajo, siendo estas estticas o dinmicasEn el caso del transformador estas prdidas son estticasEn un trasformador se producen perdidas esencialmente por las siguientes causas: por ciclos de histresis por corrientes parasitas (corrientes deFoucault)(Estas dos llamadas tambin perdidas en elhierro) pedidas en elcobredel bobinadoPerdidas en el hierroComo se menciono anteriormente de forma breve las perdidas en el hierro son las perdidas por histresis y por corrientes parasitasLas corrientes parasitasse producen en cualquier material conductor cuando se encuentran sometidos a una variacin de flujo magntico, como los ncleos de lostransformadoresestn hechos dematerialesmagnticos y estos materiales son buenos conductores se genera unafuerzaelectromotriz inducida que origina corrientes que circulan en el mismo sentido dando lugar a el denominado efecto JouleLas perdidas por corrientes parasitas dependern del material con el que est construido el ncleo magntico del transformadorPara reducir en parte estas prdidas de potencia es necesario que el ncleo del transformador que esta bajo un flujo variable no sea macizo, es decir el ncleo deber estar construido con chapas magnticas de espesores muy delgados, colocadas una enzima de otra y aisladas entre siAl colocar las chapas magnticas lo que conseguimos es que lacorriente elctricano pueda circular de una chapa a otra y se mantenga independientemente en cada una de ellas con lo que se induce menos corriente y disminuye la potencia perdida por corrientes parasitas o corrientes de FoucaultEn laimagen 1podemos observar primero un flujo en un ncleo macizo y por consiguiente una gran cantidad de prdidas de energa que derivaran en perdidas inevitables de potenciaEncambioen la siguienteimagenpodemos observar lafuncinde las chapas en el ncleo reduciendo las corrientes inducidas y por lo tanto menos perdidas de potencia

En la siguiente tabla(tabla 1) se expresa las caractersticas deconstruccinlosvaloresmagnticos para determinar las prdidas de potencia en el hierro en funcin del espesor, la aleacin y la induccin

Para realizar unclculonumrico de las perdidas en el hierro por las corrientes parasitas recurrimos a la siguiente formula:

La histresis magnticaes el fenmeno que se produce cuando la imantacin de los materiales ferro magnticos no solo depende del flujo magntico, sino de los estados magnticos anteriores.En el caso de los transformadores al someter un material magntico a un flujo variable se produce una imantacin que se mantiene al cesar el flujo variable, lo que provoca una perdida de energaEn laimagen 2podemos ver de una forma ms clara lo que se trata de explicar

De igual forma que en las corrientes parasitas el ciclo de histresis depender esencialmente del tipo de materialPara calcular numricamente las perdidas por histresis podemos usar la siguiente igualdad

Y por lo tanto se puede concluir que las perdidas en el hierro son la suma de las perdidas por ciclos de histresis y las perdidas por corrientes parasitasPerdidas en el cobreEs la suma de las potencias prdidas en los bobinados de un transformador.Se deben a la disipacin decalorque se producen en los devanados. Elvalorde esta potencia depende del cuadrado de las intensidades de corriente de carga y a laresistenciade los bobinados, la cual vara mucho desde el funcionamiento en vaco a plena carga.Estas prdidas las podemos calcular numricamente atreves de la siguiente frmula:

Tambin en esteensayomencionaremos losmtodosprcticas para medir las perdidas en un transformadorMtodo prctico para medir las prdidas en elhierrode un transformadorMtodo de prueba al vacioAl usar estemtodoa travs de lamedicinde la tensin, intensidad de corriente ypotenciasolamente en el bobinado primario y dejando el bobinado secundario abierto es decir el bobinado secundario no ser recorrido por ninguna intensidad y de esta manera obtenemos directamente la potencia perdida en hierroLas perdidas en el hierro las podemos medir fcilmente, leyendo la entrada en vatios por medio de un vatmetro.

Imagen 3Es conveniente controlar la tensin aplicada al bobinado del transformador por ejemplo usando un autotransformador variando la tensin desde cero hasta elvalorde la tensin nominalMtodo para determinar las prdidas en el cobreMETODO DEL CORTO CIRCUITOCon este mtodo en corto circuito conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequea tensin al bobinado primario y cortocircuitando el bobinado secundario con un ampermetro (como se indica en la siguiente figura)

Imagen 4El mtodo consiste en aplicar progresivamente una tensin voltio a voltio, hasta llegar a las intensidades nominales en los bobinadosLa tensin aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensin de corto circuito. Esta tensin supone un valor bajo con respecto a la tensin nominal aplicada al transformador cuando est en cargaEstas prdidas las podemos determinar directamente con el vatmetro conectndolo en el bobinado primarioMidiendo laresistenciade los bobinadosSe 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 cuestin, se aplica laleyde 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 5Rendimiento de un transformadorEl rendimiento de un transformador se define como la relacin entre la potencia de salida y la potencia absorbida de laredpor el transformador

Para determinar el rendimiento de un transformador de unamaderarpida y directa podemos medir con un vatmetro la potencia del bobinado primario y de igual forma con otro vatmetro la potencia del bobinado secundario, de tal forma que el rendimiento del transformador vendr determinado por el coeficiente que resulte entre estos dos valoresOtra manera de calcular laeficienciaen un transformador es determinado el cociente de la potencia de salida y la potencia de entrada, sumndole las perdidas en elcobrey en el hierro

DISEOS PARA EVITAR PRDIDASAnteriormente se menciona que para evitar las corrientes parasitas y reducir en cierta forma las prdidas de potencia se utiliza chapas muy delgadas en el ncleo, pero como debe ser estas chapas?El tipo de chapas ms utilizado es el que adopta la forma de E, tal como se puede apreciar en lafigura 6

Imagen 6De igual forma en lafigura6podemos observar la manera de armar o construir el ncleo. Al construir de esta manera en ncleo aprovechamos casi es su totalidad el flujo magntico, evitndose las prdidas por dispersin, este ncleo recibe el nombre de "ncleo acorazado". La forma correcta de armar un transformador consiste en montar las chapas, en forma invertida, una con respecto a la siguiente, segn se observe en la figura. De esta forma se evita el entrehierro o espacio deaireque como hemos podido comprobar en nuestro estudio son un grave problema ya que disminuyen la permeabilidad magntica del circuito, lo cual se traduce en una prdida en la intensidad odensidaddelcampo magntico, que. Lo cual desemboca en prdidas de potenciaA continuacin semuestrauna tabla con las medidas de chapas disponibles en elmercadocon su respectiva explicacin grafica

Efectos de la temperaturaComo he mencionado varios veces en este ensayo gran parte de las prdidas que tienen lostransformadoresse convierten en energacalorfica, por eso se menciona en este punto cmo reaccionan losmaterialesferro magnticos a cambios en la temperaturaLa energa trmica hace que los dipolos magnticos de un material ferromagntico sufran una desalineacin en su configuracin normal.

Imagen 8Al llegar a un lmite detemperaturael ferromagnetismo de los materiales ferromagnticos desaparece completamente, y el material se toma paramagntico. Esta temperatura se denominatemperatura de CurieEn la siguiente tabla se indica el valor de la temperatura de Curie para algunos materiales

Tabla 3Eleccin de materiales magnticoAl construir un transformador y elegir el material del ncleo debemos tener en cuanta algunos aspectos, de esta manera optimizamos losrecursosevitando posibles perdidasMateriales blandosEl uso de estos materiales est centrado en ncleos para transformadores,motores, generadores, equipos decomunicacinde alta sensibilidad debido a que son fcilmente imantar y desimantar, presentando curvas de histresis de apariencia estrecha con bajos campos coercitivos y alta saturacin, y teniendo por tanto altas permeabilidades magnticas (figura 9 a).Propiedades magtiticas de materiales blandosMaterial y composicinInduccinde saturacin,BS,TCampocoercivo,H,A/cmPermeabilidadrelativainicial i

Hierro magntico, chapa de 0,2 cm2,150,8250

M36 Si-Fe laminado en fro (aleatorio)2,040,36500

M6 (110) [001], 3,2% Si-Fe (orientado2,030,061.500

45 Ni-55 Fe (45 Permalloy)1.60,0242700

75 Ni-5 Cu-2 Cr-18 Fe (Mumetal)0,80,01230.000

+79 Ni-5 Mo-15 Fe-0,5 Mn (Supermalloy)0,780,004100.000

48% MnO- Fe2O3, 52% ZnO- Fe2O3 (ferrita suave)0,361000

Tabla 4Materiales durosLos materiales magnticos duros se caracterizan por una altafuerzacoercitivaHcy una altainduccinmagntica remanenteBr; de este modo, los ciclos de histresis de estos materiales son anchos y altos(figura 9 b)Propiedades magnticas seleccionadas de materiales magnticos duros

Tabla 5

Imagen 9ConclusionesAl finalizar este ensayo puedo mencionar las siguientes conclusionesLas principales perdidas que existen en un transformador monofsico son causadas por flujos de histresis, corrientes parasitas, y perdidas en el cobrePodemos reducir esta perdidas de potencia en el transformador y mejorando su eficiencia tomando en cuanta varios aspectos a la hora de laconstruccinde un transformador tales aspectos pueden ser, el uso de chapas en el ncleo, laseleccinadecuada del material magntico a utilizar, entre otrosEl 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 elctrica con menos perdidas y con una alta eficiencia optimizando nuestrotrabajoy evitando perdidas econmicasBibliografaArchivo PDF "estudios del transformador monofsico", AUTOR NNPaginaWeb"Wiquipedia enciclopedia libre", transformado monofsicoPagina web "monografas.com" materiales magnticosPagina web"monografa.com"diseotransformadoresImgenes 1, 2, 4 tomadas deArchivoPDF "estudios del transformador monofsico", AUTOR NNImgenes 3,5 tomadas de Archivo PDF "perdidas en el transformador en vacio", AUTOR Luis Alberto arcos SalazarImgenes 8,9 tomadas de Pagina web "monografas.com" materiales magnticosTabla 5, 4,3 tomadas de Pagina web "monografas.com" materiales magnticosAutor:David Valencia RedrovanUniversidad Politcnica SalesianaCuenca Ecuador