Transformador monofase: estructura
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Transformador monofase: estructura |
Generalidades
Un transformador monofase consiste esenzialmente en dos inductores, denominados bobinados primario y secundario, que están dotados de un elevado acoplamiento magnético, generalmente asegurada por una estructura de elevada permeabilidad, denominada núcleo ferromagnético.
En particular este está siempre presente en los transformadores de potencia; existen incluso también transformadores con circuito magnético con aire, en los cuales el acoplamiento entre los bobinados está asegurado por su disposición geométrica, son utilizados prevalentemente en un dispositivo electrónicos de la señal.
Núcleo ferromagnético
Los núcleos ferromagnéticos son chapados para evitar la circulación de elevadas corrientes parásitas, y como consecuencia para evitar las relativas pérdidas.
Se usan pequeñas chapas de baja cifra de pérdida, de espesor generalmente comprendido entre 0,3 mm y 0,5 mm, que son cortados y ensamblados para obtener las secciones útiles deseados en los diferentes tramos. Las formas más usadas son:
| núcleo de columnas: | núcleo con revestimiento o corazado: | |||||||||||||||||
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Los tramos de núcleo ferromagnético, que forman los bobinados se denominan columnas; los tramos de racor se denominanculatas.
Por razones constructivas el núcleo presenta casi siempre un cierto número de cuantas que, constituyendo los entrehierros, son de mínimo espesor para minimizar la reluctancia del circuito magnético. Por lo tanto tales entrehierros pueden ser no solamente de tipo de frente (Figura 3-a) sino también de tipo intercalado (Figura 3-b o Figura 3-c).
El primer tipo resulta constructivamente más sencillo que los otros, pero estos presentan entrehierros de menor espesor equivalente y entonces dan lugar a valores inferiores de reluctancia.
Fig. 3
Las columnas tienen una sección rectangular, cuadrada o de grados, en un número más o menos elevado (Figura 4).
Esta última solución, más costosa, permite una mejor utilización del espacio disponible dentro de los bobinados y una mejor fijación de estos, para soportar las fuerzas electrodinámicas. La sección de culatas es generalmente rectangualr o bien igual a la de las columnas. 1 chapas son entre fuertemente prensadas mediante prensapaquetes o pernos de paso, oportunamente aislados para no causar contactos eléctricos entre las diferentes chapas.
Fig. 4
Bobinados
Los bobinados son de cobre o aluminio, a razón de su elevada conductibilidad; son realizados con bobinas formadas por más espiras; las bobinas primarias y secundarias están montadas coaxialmente entre ellos sobre una o más columnas. Las disposiciones más comunes de las bobinas son:
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disposición concéntrica, en la cual las bobinas cosntituyentes el bobinado primario y el secundario tienen diámetros diferentes (Figura 5). Esta disposición es preferida en los transformadores para tensiones elevadas, dado que permite un aislamiento mejor del bobinado de alta tensión (a.t.), que es ubicado externamente al de baja tensión (b. t.), interponiendo entre los dos hacia el núcleo tubos de materiales aislante con elevada rigidez dieléctrica. |
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A = bobinas a.t.
B = bobinas b.t. C = columna del núcleo |
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disposición alterna, en la cual las bobinas constituyentes el primario y las constituyentes el secundario tienen un diámetro igual y están montadas intercaladas la una en la otra (Figura 6). Esta disposición, preferida para tensiones no muy elevadas, permite una construcción modular de las bobinas que cosntituyen los bobinados. |
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Las bobinas están aisladas y respecto a cualquier otra parte del transformador, en razón de las tensiones que se pueden presentar en condiciones de normal funcionamiento y también con condiciones de avería. Normalmente se usan bandas de resinas epoxídicas y/o cartones impregnados.
Refrigeración
El transformador disipa potencia tanto en el núcleo ferromagnético, a causa de la histéresis y de las corrientes parásitas, como en los bobinados, por el efecto de Joule.
Para evitar que el consecuente sobrerecalentamiento lleve al daño de los aislamientos, el calor producido debe ser eliminado; con este fin entre los bobinados (y para gruesos transformadores también dentro del núcleo) están presentes oportunos canales para el paso de fluidos refrigerantes.
Para los transformadores de pequeña potencia el fluído refrigerante es en general aire en ventilación natural o forzada (transformador con aire).
Los transformadores de gran potencia son introducidos en aceite mineral (transformadores con aceite), que presenta al mismo tiempo óptimas propiedades térmicas y dieléctricas; se favorece así también el aislamiento eléctrico. Con este fin el transformador es colocado dentro de un cajón lleno de aceite, a través de cuyas paredes es eliminado el calor llevado.
La caja puede ser:
Son siempre más difundidos, especialmente en instalaciones para internos, transformadores encapsulados con aislamiento sólido de resina, que no exigen aceite mineral y por lo tanto no comportan riesgos de incendio. Como norma se utilizan resinas epoxídicas, cargadas con cuarzo, a razón de sus propiedades dieléctricas, térmicas y mecánicas.
Los transformadores de este tipo presentan también la ventaja de exigir poco mantenimiento.
Datos de matrícula
Los principales parámetros que caracterizan el funcionamiento de un transformador son denominados datos de matrícula porque son indicados en una "matrícula" aplicada en el transformador mismo.
Típicamente comprende:
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