Quizás alguien piense que un transformador es algo entre un transformador y un terminador. Este artículo tiene como objetivo destruir tales ideas.
Un transformador es un dispositivo electromagnético estático diseñado para convertir una corriente eléctrica alterna de un voltaje y una frecuencia determinada en una corriente eléctrica de otro voltaje y la misma frecuencia.
El funcionamiento de cualquier transformador se basa en el fenómeno descubierto por Faraday.
Propósito de los transformadores
Se utilizan diferentes tipos de transformadores en casi todos los circuitos de suministro de energía para dispositivos eléctricos y cuando se transmite electricidad a largas distancias.
Las centrales eléctricas producen corriente de voltaje relativamente bajo. 220 , 380 , 660 B. Transformadores, aumentando la tensión a valores del orden. mil kilovoltios, permiten reducir significativamente las pérdidas al transmitir electricidad a largas distancias y, al mismo tiempo, reducir el área de la sección transversal de los cables de las líneas de transmisión de energía.
Inmediatamente antes de llegar al consumidor (por ejemplo, un tomacorriente doméstico normal), la corriente pasa a través de un transformador reductor. Así conseguimos lo que estamos acostumbrados 220 Voltio.
El tipo más común de transformadores es transformadores de poder . Están diseñados para convertir voltaje en circuitos eléctricos. Además de los transformadores de potencia, se utilizan varios dispositivos electrónicos:
- transformadores de impulsos;
- transformadores de poder;
- transformadores de corriente.
Principio de funcionamiento del transformador
Los transformadores son monofásicos y multifásicos, con uno, dos o más devanados. Consideremos el circuito y el principio de funcionamiento de un transformador usando el ejemplo de un transformador monofásico simple.
¿En qué consiste un transformador? En el caso más sencillo, de un metal. centro y dos devanados . Los devanados no están conectados eléctricamente entre sí y son cables aislados.
Un devanado (llamado primario ) está conectado a una fuente de alimentación de CA. El segundo devanado, llamado secundario , se conecta al consumidor final de corriente.
Cuando un transformador se conecta a una fuente de corriente alterna, hay flujo en las espiras de su devanado primario. corriente alterna tamaño I1 . Esto crea un flujo magnético. F , que penetra ambos devanados e induce una FEM en ellos.
Sucede que el devanado secundario no está bajo carga. Este modo de operación del transformador se llama modo movimiento inactivo. En consecuencia, si el devanado secundario está conectado a cualquier consumidor, la corriente fluye a través de él. I2 , que surge bajo la influencia de los EMF.
La magnitud de la EMF que surge en los devanados depende directamente del número de vueltas de cada devanado. La relación de la FEM inducida en los devanados primario y secundario se denomina relación de transformación y es igual a la relación entre el número de vueltas de los devanados correspondientes.
Al seleccionar el número de vueltas en los devanados, puede aumentar o disminuir el voltaje en el consumidor actual del devanado secundario.
Transformador ideal
Un transformador ideal es aquel en el que no hay pérdidas de energía. En un transformador de este tipo, la energía actual en el devanado primario se convierte primero completamente en energía. campo magnético, y luego - en la energía del devanado secundario.
Por supuesto, tal transformador no existe en la naturaleza. Sin embargo, en el caso de que se pueda despreciar la pérdida de calor, es conveniente utilizar en los cálculos la fórmula del transformador ideal, según la cual las potencias de corriente en los devanados primario y secundario son iguales.
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Pérdidas de energía en el transformador.
La eficiencia de los transformadores es bastante alta. Sin embargo, se producen pérdidas de energía en el devanado y el núcleo, lo que hace que la temperatura aumente durante el funcionamiento del transformador. Para transformadores no Alto Voltaje Esto no supone ningún problema y todo el calor se pierde al medio ambiente: se utiliza refrigeración natural por aire. Estos transformadores se denominan secos.
En transformadores más potentes, la refrigeración por aire no es suficiente y se utiliza refrigeración por aceite. En este caso, el transformador se coloca en un tanque con aceite mineral, a través del cual se transfiere calor a las paredes del tanque y se disipa al ambiente. En los transformadores de alta potencia, también se utilizan tubos de escape: si el aceite hierve, los gases resultantes necesitan una salida.
Por supuesto, los transformadores no son tan simples como podrían parecer a primera vista; después de todo, examinamos brevemente el principio de funcionamiento de un transformador. Una prueba de ingeniería eléctrica con problemas para calcular un transformador puede convertirse de repente en un verdadero problema. ¡Siempre dispuesto a ayudarte a resolver cualquier problema con tus estudios! ¡Contacta con Zaochnik y aprende fácilmente!
Los industriales comunes que se utilizan para contabilizar productos y materias primas incluyen productos básicos, automóviles, carruajes, carros, etc. Los tecnológicos se utilizan para pesar productos durante la producción en procesos tecnológicamente continuos y periódicos. Las pruebas de laboratorio se utilizan para determinar el contenido de humedad de materiales y productos semiacabados, realizar análisis físicos y químicos de materias primas y otros fines. Los hay técnicos, ejemplares, analíticos y microanalíticos.
Se pueden dividir en varios tipos según los fenómenos físicos en los que se basa el principio de su funcionamiento. Los dispositivos más comunes son los sistemas magnetoeléctricos, electromagnéticos, electrodinámicos, ferrodinámicos y de inducción.
El diagrama del dispositivo del sistema magnetoeléctrico se muestra en la Fig. 1.
La parte fija consta de un imán 6 y un circuito magnético 4 con piezas polares 11 y 15, entre las cuales se instala un cilindro de acero estrictamente centrado 13. En el espacio entre el cilindro y las piezas polares, donde se concentra la dirección radial uniforme, Se coloca un marco 12 hecho de alambre de cobre fino aislado.
El marco está montado sobre dos ejes con los núcleos 10 y 14, que descansan sobre los cojinetes 1 y 8. Los contrarresortes 9 y 17 sirven como conductores de corriente que conectan el devanado del marco a diagrama eléctrico y terminales de entrada del dispositivo. En el eje 4 hay un puntero 3 con contrapesos 16 y un resorte opuesto 17 conectado a la palanca correctora 2.
01.04.2019
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Cables de conexión — proceso tecnológico obtención de una conexión eléctrica entre dos tramos de cable con la restauración de todas las fundas protectoras y aislantes del cable y trenzas de pantalla en la unión.
Antes de conectar los cables, se mide la resistencia de aislamiento. Para cables no blindados, para facilitar la medición, un terminal del megaóhmetro se conecta alternativamente a cada núcleo y el segundo a los núcleos restantes conectados entre sí. La resistencia de aislamiento de cada núcleo blindado se mide al conectar los cables al núcleo y su pantalla. , obtenido como resultado de las mediciones, no debe ser inferior al valor estandarizado establecido para una determinada marca de cable.
Después de medir la resistencia del aislamiento, proceden a establecer la numeración de los núcleos o las direcciones de colocación, que se indican mediante flechas en las etiquetas colocadas temporalmente (Fig. 1).
Una vez completado el trabajo preparatorio, puede comenzar a cortar los cables. La geometría del corte de los extremos de los cables se modifica para garantizar la conveniencia de restaurar el aislamiento de los núcleos y la funda, y para cables multipolares, también para obtener dimensiones aceptables de la conexión del cable.
GUÍA METODOLÓGICA DEL TRABAJO PRÁCTICO: “OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO SPP”
POR DISCIPLINA: " FUNCIONAMIENTO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y VIGILANCIA DE SEGURIDAD EN LA SALA DE MÁQUINAS»
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
Propósito del sistema de enfriamiento:
- eliminación de calor del motor principal;
- eliminación de calor de equipos auxiliares;
- suministro de calor al sistema operativo y otros equipos (GD antes del arranque, mantenimiento de VDG en reserva "caliente", etc.);
- captación y filtración de agua de mar;
- Soplar las cajas Kingston en verano para evitar que se obstruyan con medusas, algas y suciedad, y en invierno para quitar el hielo;
- asegurar el funcionamiento de hieleras, etc.
Arroz. 1. Sistema de refrigeración diésel
1 - enfriador de combustible; 2 - enfriador de aceite del turbocompresor; 3 - tanque de expansión del motor principal; 4 - enfriador de agua del motor principal; 5 - enfriador de aceite del motor principal; 6 - caja de Kingston; 7 - filtros de agua de mar; 8 - caja de Kingston; 9 - Filtros receptores VDG; 10 - bombas de agua de mar VDG; 11 - bomba de agua dulce; 12 - bombas de agua principales y de respaldo; 13 - enfriador de aceite VDG; 14 - enfriador de agua VDG; 15 - VDG; 16 - tanque de expansión VDG; 17 - cojinete de soporte de la línea del eje; 18 - cojinete de empuje principal; 19 - motor principal; 20 - enfriador de aire de carga; 21 - agua para enfriar compresores; 22 - llenado y reposición del sistema de agua dulce; 23 - conexión del sistema de calefacción del motor de combustión interna; 1op - agua dulce; 1oz - agua de mar.
23.03.2019
Durante el funcionamiento, su devanado falla gradualmente, asumiendo la influencia de diversos factores negativos. Puede restaurar la funcionalidad del motor rebobinándolo. El procedimiento debe realizarse cuando se presenten signos de daño.
Causas y signos de desgaste del bobinado.
El devanado del motor se rebobina cuando aparecen "síntomas" como ruidos extraños y golpes, acompañados de una violación de la integridad y pérdida de elasticidad del aislamiento. Esto sucede por varias razones. Los principales son:- exposición a fenómenos naturales, incluida alta humedad, fluctuaciones de temperatura;
- entrada de aceite de máquina, polvo y otros contaminantes;
- funcionamiento inadecuado de la unidad de potencia;
- Influencia de las cargas de vibración en el motor.
Otra causa común de falla de los devanados de los motores eléctricos es la falla de los cojinetes que, debido a sobrecargas o desgaste temporal, pueden romperse en pedazos pequeños, lo que provoca que los devanados se quemen.
En el proceso de uso de sistemas de energía, a menudo hay casos en los que es necesario transformar algunas cantidades eléctricas en sus contrapartes, y los indicadores deben cambiarse en consecuencia en la proporción deseada, para lo cual generalmente se usa. transformador de corriente. Usando un transformador de corriente, puede simular algunos procesos en instalaciones eléctricas Y también hace que el proceso de medición sea más seguro.
Operación transformador de corriente Se basa en la ley de la inducción electromagnética. Esta ley funciona en campos eléctricos y magnéticos, que varían en la forma de los armónicos de cantidades sinusoidales variables.
Transformador de corriente transforma el valor inicial del vector de corriente que fluye en el circuito de potencia en un valor final más pequeño, manteniendo la relación deseada del valor del módulo y manteniendo el valor exacto del ángulo.
¿Cómo se construye un transformador de corriente?
La siguiente figura muestra esquemáticamente los procesos que ocurren en transformador de corriente al convertir electricidad.
La corriente I1 fluye a través del devanado de potencia primario con el número de vueltas ω1 y supera su resistencia total Z1. Alrededor de la bobina aparece un flujo magnético F1, que se fija mediante un circuito magnético ubicado perpendicular al vector I1. Esta disposición le permite convertir energía eléctrica en energía magnética con pérdidas mínimas.
Cuando las espiras perpendiculares del devanado ω2 se cruzan, el flujo F1 crea en ellas una fuerza electromotriz E2, bajo su acción aparece una corriente I2 en el devanado secundario, que supera la resistencia total de la bobina Z2 y la carga Zn conectada en la salida. . Durante el proceso, cae la tensión U2 en los terminales del circuito secundario.
El coeficiente de transformación K1 se puede calcular dividiendo el vector I1 por el vector I2. Este es uno de los principales parámetros. transformadores de corriente, se determina antes de comenzar a diseñar el dispositivo y se mide en transformadores en funcionamiento. Sin embargo, como ocurre con cualquier instrumento, las lecturas reales difieren de las teóricas. Para tener en cuenta tales errores, existe una característica metrológica especial, o clase de precisión, del transformador de corriente.
A diferencia de los cálculos, cuando operación del transformador de corriente En la vida, los valores actuales en los devanados no son constantes, por lo que la relación de transformación se calcula en base a los valores nominales. Por ejemplo, si la relación de transformación es 1000/5, entonces esto significa que en el devanado primario fluye una corriente de 1 kA y en el devanado secundario actúa una carga de 5 A. Con base en estos valores, se puede entender cuánto tiempo dura la El transformador de corriente durará.
El flujo magnético F2, que surge debido a la corriente secundaria I2, reduce el valor del flujo F1 en el circuito magnético. Emergiendo en el proceso flujo del transformador ft se calcula como la suma geométrica de los vectores Ф1 y Ф2.
¿Dónde y cómo se utilizan los transformadores de corriente?
Variedad tipos de transformadores de corriente Se utiliza en dispositivos electrónicos que van desde pequeños hasta dispositivos de varios metros de tamaño. Suelen clasificarse según sus características de uso.
Clasificación de transformadores de corriente.:
A proposito:
- para mediciones (con su ayuda, se suministra corriente eléctrica a los dispositivos de medición);
- para protección (están conectados a circuitos de protección);
- para aplicaciones de laboratorio (tales transformadores de corriente tienen una clase de alta precisión);
- para transformaciones repetidas (intermedio).
En la operación de las instalaciones se utilizan los siguientes transformadores de corriente:
- para instalación externa (al aire libre);
- para instalación interior (para instalaciones cerradas);
- montado dentro del cuerpo del dispositivo;
- facturas generales (se colocan en el casquillo);
- portátil (para tomar medidas en diferentes lugares).
Según la tensión de funcionamiento del equipo, los transformadores de corriente se dividen en:
- alto voltaje (con voltaje superior a 1000 V);
- con una tensión nominal no superior a 1 kV.
Hay otros divisiones del transformador de corriente en tipos, incluido el método de los materiales aislantes, el número de etapas de transformación y otras características.
¿Para qué se utilizan los transformadores de corriente?
La mayoría de las veces, los transformadores de corriente se utilizan en circuitos de medición de medición de electricidad; los transformadores de corriente portátiles se usan generalmente para medir y proteger líneas o autotransformadores de potencia.
La siguiente imagen muestra Ubicación de los transformadores de corriente. para cada fase de la línea e instalación de circuitos secundarios en la caja de terminales del cuadro exterior de 110 kV para un autotransformador de potencia.
Los transformadores de corriente para aparamenta exterior de 330 kV cumplen el mismo propósito, pero son mucho más grandes debido a la complejidad del diseño, ya que están destinados a equipos de mayor voltaje.
Los equipos eléctricos a menudo utilizan diseños de transformadores de corriente, se colocan directamente sobre el cuerpo del objeto de poder.
Su diseño implica devanados secundarios con cables ubicados alrededor de la entrada de alto voltaje en una carcasa sellada. Cables de terminales del transformador de corriente conectados a cajas de terminales allí fijadas.
EN transformadores de corriente Caracterizado por un alto voltaje, el aceite de transformador se utiliza generalmente como aislante. La siguiente imagen muestra una variante de este diseño para transformadores de corriente de la serie TFZM para funcionamiento a una tensión de 35 kV.
Para voltajes que no excedan los 10 kV, se utilizan materiales dieléctricos sólidos para el aislamiento entre los devanados en la producción del cuerpo del dispositivo.
Por ejemplo, transformador de corriente marca TPL-10, utilizada en KRUN, ZRU y otros tipos de aparamenta.
El siguiente diagrama simplificado muestra un ejemplo de conexión del circuito de corriente secundario de uno de los núcleos de protección REL 511 para un disyuntor de línea de 110 kV.
¿Cómo entender que el transformador de corriente está dañado y encontrar fallas?
Cuando transformador de corriente está bajo carga, la resistencia eléctrica del aislamiento de los devanados o su conductividad pueden verse perjudicadas. Esto ocurre debido a la exposición a sobrecalentamiento térmico, daño mecánico accidental o montaje inadecuado.
Durante el funcionamiento de un transformador de corriente es más probable que se produzcan problemas de aislamiento, lo que provoca cortocircuitos de los devanados entre espiras y una disminución de la potencia transmitida. Esto también puede provocar fugas en circuitos creados aleatoriamente, lo que a su vez puede provocar un cortocircuito.
Para detectar puntos donde la estructura fue ensamblada incorrectamente, transformador de corriente debe comprobarse periódicamente mediante una cámara termográfica. Entonces será posible detectar y corregir oportunamente defectos como, por ejemplo, contactos rotos y reducir el sobrecalentamiento del dispositivo.
Para comprobar la ausencia de cortocircuitos entre espiras, los dispositivos son verificados por especialistas de laboratorios de protección de relés utilizando:
- leer características de corriente-voltaje;
- cargar el transformador de corriente desde una fuente externa;
- mediciones de las principales características del dispositivo en el diagrama de funcionamiento.
También analizan el valor del coeficiente de transformación.
Durante todo el trabajo, la relación entre los vectores de corriente primaria y secundaria se mide en magnitud. En este caso no se miden sus desviaciones angulares, ya que los dispositivos de medición de fase de alta precisión para pruebas transformadores de corriente no existe en los laboratorios de metrología.
Las pruebas de alto voltaje de las propiedades dieléctricas las llevan a cabo especialistas del laboratorio de servicio de aislamiento.
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¿Cómo funciona un transformador?
Un transformador es un dispositivo electromagnético estático (es decir, sin partes móviles), monofásico o trifásico, en el que se utiliza el fenómeno de la inducción mutua para convertir energía eléctrica. Un transformador convierte corriente alterna de un voltaje en corriente alterna de la misma frecuencia pero de diferente voltaje.
El transformador tiene varios devanados eléctricos aislados entre sí: monofásico, al menos dos, trifásico, al menos seis.
Los devanados conectados a la fuente de electricidad se denominan primarios; los devanados restantes, que suministran energía a los circuitos externos, se denominan secundarios. La siguiente figura muestra esquemáticamente los devanados primario y secundario de un transformador monofásico; Están equipados con un núcleo cerrado común ensamblado en chapa de acero eléctrico.
El núcleo ferromagnético sirve para fortalecer el acoplamiento magnético entre los devanados, es decir, para asegurar que la mayor parte del flujo magnético del devanado primario engrane con las espiras del devanado secundario. a la derecha está el núcleo y seis devanados de un transformador trifásico. Estos devanados están conectados en configuración de estrella o delta.
Para mejorar las condiciones de refrigeración y aislamiento, el transformador se coloca en un tanque lleno de aceite mineral (producto de la destilación del petróleo). Este es el llamado transformador de aceite.
A una frecuencia de corriente alterna superior a aproximadamente 20 kHz, el uso de un núcleo de acero en transformadores no es práctico debido a las grandes pérdidas en el acero debido a la histéresis y las corrientes parásitas.
Para altas frecuencias, se utilizan transformadores sin núcleos ferromagnéticos: transformadores de aire.
Si el voltaje en los terminales del devanado primario, el voltaje primario U1, es menor que el voltaje secundario U2, entonces el transformador se llama transformador elevador. Si el voltaje primario es mayor que el secundario, entonces es un voltaje reductor (U1>U2). De acuerdo con el valor relativo de la tensión nominal, se acostumbra distinguir entre el devanado de alta tensión (AT) y el devanado de baja tensión (BT).
Echemos un vistazo breve al funcionamiento de un transformador monofásico de dos devanados con núcleo de acero. Su proceso de trabajo y relaciones eléctricas pueden considerarse características básicamente de todo tipo de transformadores.
El voltaje U1 aplicado a los terminales del devanado primario crea una corriente alterna i1 en este devanado. La corriente excita un flujo magnético alterno F en el núcleo del transformador. Debido al cambio periódico de este flujo, se induce una FEM en ambos devanados del el transformador.
e1= - w1 (?ф: ?t) y e2= - w2 (?ф:?t), donde
w1 y w2: el número de vueltas de ambos devanados.
Por tanto, la relación de EDE inducidas en los devanados es igual a la relación del número de vueltas de estos devanados:
e1: e2 = w1: w2
Esta es la relación de transformación del transformador.
La eficiencia del transformador es relativamente muy alta, en promedio alrededor del 98%, lo que permite, con carga nominal, considerar que la potencia primaria recibida por el transformador y la potencia secundaria que se les suministra son aproximadamente iguales, es decir, p1? p2 o u1i1? u2i2, en base al cual
i1:i2? u2:u1? w 2: w 1
Esta relación de valores instantáneos de corrientes y tensiones es válida tanto para amplitudes como para valores efectivos:
L1:l2? w 2: w 1?u2: u1,
es decir, la relación de corrientes en los devanados de un transformador (con una carga cercana a la carga nominal) puede considerarse la inversa de la relación de voltajes y el número de vueltas de los devanados correspondientes. Cuanto menor es la carga, más influye la corriente sin carga y se viola la relación de corriente aproximada dada.
Cuando funciona un transformador, el papel de la FEM en sus devanados primario y secundario es completamente diferente. La FEM inducida por él en el devanado primario surge como la oposición del circuito al cambio de corriente i1 en él. La fase de este EMF es casi opuesta al voltaje.
Como en un circuito que contiene inductancia, la corriente en el devanado primario de un transformador
i1=(u1 + e1) : r1,
donde g 1 es la resistencia activa del devanado primario.
De aquí obtenemos la ecuación para el valor instantáneo de la tensión primaria:
u1 = -e1 + i1r1 = w t(?ф: ?t) + i1r1,
que puede leerse como la condición de equilibrio eléctrico: la tensión u1 aplicada a los terminales del devanado primario siempre está equilibrada por la fem y la caída de tensión en la resistencia activa del devanado (el segundo término es relativamente muy pequeño).
Otras condiciones ocurren en el circuito secundario. Aquí, la corriente i2 es creada por la fem e1, que desempeña el papel de la fem de la fuente de corriente, y con una carga activa r/n en el circuito secundario esta corriente
i2= l2: (r2 +r/n),
donde r2 es la resistencia activa del devanado secundario.
En una primera aproximación, el efecto de la corriente secundaria i2 en el circuito primario del transformador se puede describir de la siguiente manera.
La corriente i2, que pasa a través del devanado secundario, tiende a crear un flujo magnético en el núcleo del transformador, determinado por la fuerza magnetizante (MF) i2w2. Según el principio de Lenz, este flujo debería tener lugar en dirección opuesta a la dirección del flujo principal. De lo contrario, podemos decir que la corriente secundaria tiende a debilitar el flujo magnético que la induce. Sin embargo, tal disminución en el flujo magnético principal F t alteraría el equilibrio eléctrico:
tu 1 = (-е 1) + i1r1,
ya que e1 es proporcional al flujo magnético.
Se crea un predominio de la tensión primaria U1, por lo tanto, simultáneamente con la aparición de la corriente secundaria, la corriente primaria aumenta, además, hasta el punto de compensar el efecto desmagnetizador de la corriente secundaria y, así, mantener el equilibrio eléctrico. En consecuencia, cualquier cambio en la corriente secundaria debería causar un cambio correspondiente en la corriente primaria, mientras que la corriente del devanado secundario, debido al valor relativamente pequeño del componente i1r1, casi no tiene efecto sobre la amplitud y la naturaleza de los cambios a lo largo del tiempo. en el flujo magnético principal del transformador. Por tanto, la amplitud de este flujo Ft puede considerarse casi constante. Esta constancia de Ft es típica del modo transformador, en el que la tensión U1 aplicada a los terminales del devanado primario se mantiene constante.
Un transformador es un dispositivo indispensable en ingeniería eléctrica.
Sin él, el sistema energético en su forma actual no podría existir.
Estos elementos también están presentes en muchos electrodomésticos.
Quienes deseen conocerlos mejor están invitados a este artículo, cuyo tema es el transformador: el principio de funcionamiento y los tipos de dispositivos, así como su finalidad.
Este es el nombre que recibe un dispositivo que cambia el valor de una variable voltaje electrico. Existen variedades que pueden cambiar su frecuencia.
Muchos dispositivos están equipados con dichos dispositivos y también se utilizan de forma independiente.
Por ejemplo, instalaciones que aumentan el voltaje para transmitir corriente a lo largo de autopistas eléctricas.
Elevan la tensión generada por la central hasta 35 - 750 kV, lo que aporta un doble beneficio:
- se reducen las pérdidas en los cables;
- Se requieren cables más pequeños.
En las redes eléctricas urbanas, el voltaje se reduce nuevamente a 6,1 kV, nuevamente utilizando. En las redes de distribución que distribuyen electricidad a los consumidores, el voltaje se reduce a 0,4 kV (este es el habitual 380/).
Principio de funcionamiento
El funcionamiento de un dispositivo transformador se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, que consiste en lo siguiente: cuando cambian los parámetros del campo magnético que atraviesa un conductor, surge una FEM (fuerza electromotriz) en este último. El conductor de un transformador está presente en forma de bobina o devanado y la fem total es igual a la suma de las fem de cada vuelta.
Para un funcionamiento normal, es necesario excluir el contacto eléctrico entre las espiras, por lo que se utiliza un cable con una funda aislante. Esta bobina se llama secundaria.
El campo magnético necesario para generar EMF en la bobina secundaria es creado por otra bobina. Está conectado a una fuente de corriente y se llama primario. El funcionamiento de la bobina primaria se basa en el hecho de que cuando la corriente fluye a través de un conductor, se forma un campo electromagnético a su alrededor y, si se enrolla en una bobina, se amplifica.
¿Cómo funciona un transformador?
Cuando fluye a través de la bobina, los parámetros del campo electromagnético no cambian y no puede provocar un EMF en la bobina secundaria. Por tanto, los transformadores sólo funcionan con tensión alterna.
La naturaleza de la conversión de voltaje está influenciada por la relación entre el número de vueltas en los devanados: primario y secundario. Se denomina "Kt" - coeficiente de transformación. La ley está vigente:
Kt = W1 / W2 = U1 / U2,
- W1 y W2: número de vueltas en los devanados primario y secundario;
- U1 y U2: voltaje en sus terminales.
Por lo tanto, si hay más vueltas en la bobina primaria, entonces el voltaje en los terminales de la bobina secundaria es menor. Un dispositivo de este tipo se denomina dispositivo reductor y su Kt es mayor que uno. Si hay más vueltas en la bobina secundaria, el transformador aumenta el voltaje y se llama transformador elevador. Su Kt es menor que uno.
Transformador de potencia grande
Si descuidamos las pérdidas (transformador ideal), de la ley de conservación de la energía se sigue:
P1 = P2,
donde P1 y P2 son la potencia actual en los devanados.
Porque el P=U*I, obtenemos:
- U1 * I1 = U2 * I2;
- I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Kt.
Significa:
- en la bobina primaria del dispositivo reductor (Kt > 1) fluye una corriente de menor intensidad que en el circuito secundario;
- con transformadores elevadores (Kt< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.
Esta circunstancia se tiene en cuenta al seleccionar la sección transversal de los cables para los devanados de los dispositivos.
Diseño
Los devanados del transformador se colocan sobre un núcleo magnético, una pieza hecha de acero ferromagnético, de transformador u otro acero magnético blando. Sirve como conductor del campo electromagnético desde la bobina primaria a la bobina secundaria.
Bajo la influencia de un campo magnético alterno, también se generan corrientes en el circuito magnético: se denominan corrientes parásitas. Estas corrientes provocan pérdidas de energía y calentamiento del circuito magnético. Este último, para reducir al mínimo este fenómeno, está formado por muchas placas aisladas unas de otras.
Las bobinas se colocan en el circuito magnético de dos formas:
- cerca;
- enrolle uno encima del otro.
Los devanados de los microtransformadores están hechos de láminas con un espesor de 20 a 30 micrones. Como resultado de la oxidación, su superficie se convierte en dieléctrico y desempeña la función de aislamiento.
Diseño de transformador
En la práctica, es imposible alcanzar la relación P1 = P2 debido a tres tipos de pérdidas:
- disipación del campo magnético;
- calentamiento de cables y circuito magnético;
- histéresis.
Las pérdidas por histéresis son costos de energía para la inversión de la magnetización del circuito magnético. La dirección de las líneas del campo electromagnético cambia constantemente. Cada vez hay que superar la resistencia de los dipolos en la estructura del circuito magnético, alineados de cierta forma en la fase anterior.
Se busca reducir las pérdidas por histéresis utilizando diferentes diseños núcleos magnéticos.
Entonces, en realidad, los valores de P1 y P2 son diferentes y la relación P2 / P1 se llama eficiencia del dispositivo. Para medirlo se utilizan los siguientes modos de funcionamiento del transformador:
- movimiento inactivo;
- en cortocircuito;
- con carga.
En algunos tipos de transformadores que funcionan con voltaje de alta frecuencia, no hay circuito magnético.
Modo inactivo
El devanado primario está conectado a una fuente de corriente y el circuito secundario está abierto. En esta conexión fluye por la bobina una corriente sin carga, que representa principalmente la corriente magnetizante reactiva.
Este modo le permite determinar:
- Eficiencia del dispositivo;
- relación de transformación;
- Pérdidas en el circuito magnético (en el lenguaje de los profesionales, pérdidas en el acero).
Circuito transformador en modo inactivo
Modo cortocircuito
Los terminales del devanado secundario están cerrados sin carga (en cortocircuito), de modo que la corriente en el circuito está limitada únicamente por su resistencia. El voltaje se aplica a los contactos primarios para que la corriente en el circuito del devanado secundario no exceda la nominal.
Esta conexión permite determinar las pérdidas por calentamiento de los devanados (pérdidas de cobre). Esto es necesario cuando se implementan circuitos que utilizan resistencia activa en lugar de un transformador real.
Modo de carga
En este estado, un consumidor está conectado a los terminales del devanado secundario.
Enfriamiento
Durante el funcionamiento, el transformador se calienta.
Se utilizan tres métodos de enfriamiento:
- natural: para modelos de bajo consumo;
- aire forzado (soplado por ventilador): modelos de potencia media;
- Los transformadores potentes se enfrían con líquido (principalmente aceite).
Dispositivo enfriado por aceite
Tipos de transformadores
Los dispositivos se clasifican según su finalidad, tipo de circuito magnético y potencia.
Transformadores de poder
El grupo más numeroso. Esto incluye todos los transformadores que operan en la red eléctrica.
Autotransformador
Este tipo tiene un contacto eléctrico entre los devanados primario y secundario. Al enrollar el cable, se hacen varias conclusiones: al cambiar entre ellos, se usa un número diferente de vueltas, lo que cambia la relación de transformación.- Eficiencia incrementada. Esto se explica por el hecho de que sólo se convierte una parte de la potencia. Esto es especialmente importante cuando la diferencia entre los voltajes de entrada y salida es pequeña.
- Bajo costo. Esto se debe al menor consumo de acero y cobre (el autotransformador tiene dimensiones compactas).
Es ventajoso utilizar estos dispositivos en redes con voltajes de 110 kV o más con una conexión a tierra efectiva con Kt no superior a 3-4.
Transformador de corriente
Se utiliza para reducir la corriente en el devanado primario conectado a la fuente de energía. El dispositivo se utiliza en sistemas de protección, medición, señalización y control. La ventaja en comparación con los circuitos de medición en derivación es la presencia de aislamiento galvánico (sin contacto eléctrico entre los devanados).
La bobina primaria se conecta al circuito de corriente alterna, que se está probando o controlando, con la carga en serie. A los terminales del devanado secundario se conecta un dispositivo indicador de accionamiento, por ejemplo un relé o un dispositivo de medición.
Transformador de corriente
La resistencia permitida en el circuito de la bobina secundaria está limitada a valores escasos, casi un cortocircuito. Para la mayoría de las bobinas actuales, la corriente nominal en esta bobina es de 1 o 5 A. Cuando se abre el circuito, se genera un alto voltaje en él, que puede romper el aislamiento y dañar los dispositivos conectados.
Transformador de impulsos
Funciona con impulsos cortos, cuya duración se mide en decenas de microsegundos. La forma del pulso prácticamente no se distorsiona. Utilizado principalmente en sistemas de vídeo.
Transformador de soldadura
Este dispositivo:
- reduce la tensión;
- diseñado para corriente nominal en el circuito de devanado secundario de hasta miles de amperios.
Se puede regular la corriente de soldadura cambiando el número de vueltas de los devanados que intervienen en el proceso (tienen varios terminales). En este caso, el valor de la reactancia inductiva o la tensión del circuito abierto secundario cambia. Mediante terminales adicionales, los devanados se dividen en secciones, por lo que la corriente de soldadura se ajusta en pasos.
Las dimensiones del transformador dependen en gran medida de la frecuencia de la corriente alterna. Cuanto más alto sea, más compacto será el dispositivo.
Transformador de soldadura TDM 70-460
El diseño de las modernas máquinas de soldar con inversor se basa en este principio. En ellos se procesa la corriente alterna antes de ser suministrada al transformador:
- rectificado mediante puente de diodos;
- en el inversor, una unidad electrónica controlada por microprocesador con transistores clave que cambian rápidamente, vuelve a ser variable, pero con una frecuencia de 60 a 80 kHz.
Por eso estas máquinas de soldar son tan ligeras y pequeñas.
Las fuentes de alimentación conmutadas también se utilizan, por ejemplo, en los PC.
Transformador de aislamiento
Este dispositivo necesariamente tiene aislamiento galvánico (no hay contacto eléctrico entre los devanados primario y secundario), y Kt es igual a uno. Es decir, el transformador de aislamiento deja el voltaje sin cambios. Es necesario mejorar la seguridad de la conexión.
Tocar elementos activos de equipos conectados a la red a través de dicho transformador no provocará una descarga eléctrica grave.
En la vida cotidiana, este método de conectar aparatos eléctricos es apropiado en habitaciones húmedas, baños, etc.
Además de los transformadores de potencia, existen transformadores de aislamiento de señal. Se instalan en un circuito eléctrico para aislamiento galvánico.
Núcleos magnéticos
Hay tres tipos:
- Vara. Realizado en forma de varilla con sección escalonada. Las características dejan mucho que desear, pero son fáciles de implementar.
- Blindado. Conducen el campo magnético mejor que los de varilla y, además, protegen los devanados de las influencias mecánicas. Desventaja: alto costo (requiere mucho acero).
- Toroidal. El tipo más eficaz: crean un campo magnético concentrado uniforme, lo que ayuda a reducir las pérdidas. Los transformadores con núcleo magnético toroidal tienen la mayor eficiencia, pero son caros debido a la complejidad de la fabricación.
Fuerza
La potencia suele expresarse en voltamperios (VA). Según este criterio, los dispositivos se clasifican de la siguiente manera:- bajo consumo: menos de 100 VA;
- potencia media: varios cientos de VA;
Existen instalaciones de alta potencia, medida en miles de VA.
Los transformadores difieren en propósito y características, pero su principio de funcionamiento es el mismo: un campo magnético alterno generado por un devanado excita un EMF en el segundo, cuya magnitud depende del número de vueltas.
La necesidad de convertir voltaje surge muy a menudo, razón por la cual los transformadores se utilizan ampliamente. Este dispositivo se puede fabricar usted mismo.