Fundamentos, Ensayos y Tipos Especiales de Transformadores Eléctricos

Fundamentos del Transformador Eléctrico

1. El Transformador Monofásico

El transformador monofásico posee dos bobinas, un primario y un secundario, que se arrollan sobre un núcleo magnético común. Al bobinado primario se conecta la tensión de entrada $V_1$, y en el secundario obtenemos la tensión de salida $V_2$. La relación de transformación ($m$) determina si es elevador o reductor:

• Relación de Transformación: $m = V_1 / V_2 = N_1 / N_2$

Funcionamiento de un Transformador Ideal en Vacío

Se conecta el primario a la red, mientras que el secundario no se conecta a carga alguna. Por el primario aparece una corriente de vacío. La fuerza electromotriz (FEM) inducida $E_1$ se calcula como:

$$E_1 = 4.44 \cdot f \cdot N_1 \cdot \Phi_{max}$$

1.2. Pérdidas en el Cobre

El núcleo del transformador está sometido a un campo magnético alterno, lo que produce los fenómenos de histéresis y de corrientes parásitas (o de Eddy). Estos fenómenos producen unas pérdidas en el núcleo de hierro que se transforman en calor y reducen el rendimiento del transformador. (Nota: Aunque el encabezado menciona pérdidas en el cobre, la descripción se refiere a las pérdidas en el núcleo o hierro).

Ensayos de Transformadores para Determinación de Parámetros

2. Ensayo en Vacío del Transformador

Para llevar a cabo este ensayo se deja abierto el circuito del secundario y se conecta un voltímetro en el primario y otro en el secundario. Además, se intercala un amperímetro y un vatímetro en el circuito primario. Este ensayo permite determinar las Pérdidas en el Hierro.

3. Ensayo del Transformador en Cortocircuito (CC)

Para llevar a cabo este ensayo se cortocircuita el secundario mediante un amperímetro. El primario se alimenta a través de una fuente de tensión alterna regulable. En el primario se conecta un amperímetro, un voltímetro y un vatímetro. Este ensayo permite determinar las Pérdidas en el Cobre.

4. Rendimiento de un Transformador

Es la relación entre la potencia suministrada a la carga por el secundario y la potencia absorbida de la red por el primario. El rendimiento dependerá del índice de carga al que trabaje.

Tipos Especiales de Transformadores

5. Autotransformadores

Los autotransformadores tienen el mismo núcleo que los transformadores convencionales, pero con un solo devanado y una conexión intermedia. Al conjunto de espiras se le somete la tensión mayor, pudiendo ser este el primario. El devanado primario está eléctricamente unido con el de salida.

Ventajas del Autotransformador:

• Abaratamiento de costes.
• Reducción de peso y volumen.
• Mejor rendimiento.

6. Autotransformadores de Regulación

Se construyen con contactos deslizantes o con contactos fijos regulados por un conmutador rotativo, permitiendo variar la relación de transformación.

7. Transformadores Trifásicos (III)

Están constituidos por tres transformadores monofásicos en un núcleo magnético común. Se conectan típicamente en estrella (Y) o en triángulo (Δ).

Acoplamiento y Aplicaciones Específicas

8. Acoplamiento en Paralelo de Transformadores Monofásicos

Se acoplan varios transformadores en paralelo conectando, por una parte, los bornes de los bobinados primarios a los conductores de la línea de alimentación y, por otra, los bornes de los bobinados secundarios a los conductores de la red de distribución. En el acoplamiento en paralelo de transformadores, la potencia total suministrada se repartirá entre los transformadores.

Condiciones para un Acoplamiento Paralelo Correcto:

Para realizar un acoplamiento paralelo de forma correcta, se deben cumplir las siguientes condiciones:

• Iguales relaciones de transformación (mismas tensiones primarias y secundarias).
• Iguales tensiones de cortocircuito.
• Conectar entre sí, tanto en el primario como en el secundario, los bornes con igual denominación (misma polaridad).

9. Transformadores de Medida

Aquel que se emplea para alimentar aparatos de medida, así como aparatos de protección, cuando los conductores pertenecen a redes de alta tensión o son recorridos por corrientes de elevada intensidad. Dentro del grupo genérico de transformadores de medida se distinguen los de tensión y los de intensidad.