Principios Fundamentales y Clasificación de los Transformadores Eléctricos
Definición y Propósito del Transformador Eléctrico
Se define como transformador al elemento o aparato eléctrico utilizado para convertir la corriente de alta tensión y débil intensidad en corriente de baja tensión y alta intensidad, y viceversa.
Función en el Sistema Eléctrico de Potencia
Dentro del sistema eléctrico de potencia, el transformador encuentra aplicación en las sucesivas transformaciones que experimenta la corriente eléctrica desde su generación hasta su consumo. La energía eléctrica recorre grandes distancias desde las centrales eléctricas hasta los centros de consumo, y para ello, la tensión de generación, a la cual están limitados los alternadores, debe ser elevada para evitar reducir las pérdidas en el transporte debidas al efecto Joule.
Clasificación de los Transformadores
Los transformadores se clasifican según diversos criterios:
- Según el cambio de tensión (V): Son elevadores o reductores.
- Según el medio de trabajo: Son de interior o de intemperie.
- Según la refrigeración: Son de baño de aceite o secos.
- Según su uso en la red:
- Si se utilizan en las redes de transporte de la E.E., son transformadores de potencia.
- Si son empleados para la medición de A.T., son transformadores de medida.
- Según el número de fases: Son transformadores monofásicos, trifásicos, hexafásicos, etc.
- Según el tipo de refrigeración: Natural o forzada.
Constitución Elemental
La estructura básica de un transformador incluye:
- Núcleo.
- Devanados (bobinados).
- Cuba.
- Refrigerante.
Pérdidas en los Transformadores
Las pérdidas energéticas en los transformadores se dividen en dos categorías principales:
Pérdidas en el Hierro (Pérdidas en el Núcleo)
Son debidas al ciclo de histéresis y a las corrientes de Foucault (corrientes parásitas). Se calcula específicamente la pérdida por histéresis.
Pérdidas en los Devanados (Pérdidas en el Cobre)
Son debidas al efecto Joule provocadas en los arrollamientos de cobre del devanado primario y secundario, haciendo que parte de la energía eléctrica se disipe como calor. Estas pérdidas son proporcionales al encuadernado (cuadrado) de la corriente, lo que hace que dependan directamente de la carga conectada al secundario.
Autotransformadores
En algunas ocasiones es necesario cambiar los niveles de tensión únicamente en una pequeña cantidad; por ejemplo, puede ser necesario cambiar el voltaje desde 110 V a 120 V o de 13.2 kV a 13.8 kV. En estas circunstancias, sería demasiado costoso elaborar un transformador con dos devanados completos e independientes y calculado para obtener valores casi iguales de voltaje.
Características del Autotransformador
En su lugar, se utiliza un transformador especial llamado autotransformador, formado por un devanado continuo que se utiliza a la vez como primario y secundario. Por esta razón, las tensiones de alimentación y salida no van aisladas entre sí.