CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

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El transformador eléctrico.



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Generalmente se hace uso de la inductancia mutua para transferir, por medios magnéticos, la energía eléctrica de un circuito a otro. La inductancia mutua de dos circuitos magnéticos es máxima cuando se logra un acoplamiento máximo. En el caso de la figura 1 que consideramos, si todas las líneas de fuerza generadas por L1 alcanzan o cortan a todas las espiras de L2, existe acoplamiento máximo.

Como esta condición resulta en la práctica imposible de alcanzar, se puede expresar el grado de acoplamiento entre dos circuitos en tanto por ciento. Hay acoplamiento, digamos, del 25 %, cuando todas las líneas de fuerza atraviesan solo una parte del bobinado o cuando solo una cuarta parte de las líneas de fuerza atraviesan todo el bobinado. Es posible llegar a un grado de acoplamiento de casi el 100 % cuando se montan dos bobinados sobre un mismo núcleo, como en el caso de los transformadores de potencia, en los cuales es imprescindible una elevada transferencia de un circuito a otro.

El transformador eléctrico .

El transformador es un dispositivo electromagnético estático destinado a la transformación de una corriente alterna (primaria) en otra (secundaria) de otras características, en particular, tensión y corriente distintas.

El transformador es un aparato estático que, basado en el efecto de la inducción electromagnético, se utiliza para transformar un sistemas de intensidad y tensión alternadas de valores dados, en otro sistema de intensidad y tensión alternada de valores en general diferentes a los anteriores.

Siendo como es un aparato destinado a ser utilizado en corriente alterna exclusivamente, su uso permite disponer en forma sencilla de la amplia gama de tensiones requeridas por la técnica, adaptándolas a las tensiones de generación, transporte y distribución disponibles en la actualidad.

En el caso particular del transporte de energía eléctrica, la inclusión de transformadores “elevadores” permite obtener las altas y muy altas tensiones indispensables para poder transportar la energía generada en centrales muy alejadas de sus centros de consumo, reduciendo a un mínimo las inevitables pérdidas que se producen durante el trayecto. A la vez, la inserción de transformadores “reductores” en las cercanías de los mercados consumidores permite disminuir las tensiones a valores compatibles con los que se utilizan en forma local.

El transformador es una máquina de elevada eficiencia y concepción relativamente sencilla cuyo funcionamiento se basa en la producción de fuerzas electromotrices por medio de dos o más arrollamientos que abrazan un núcleo de material ferromagnético, laminado, cerrado común a todos ellos. En la figura siguiente se ilustran los principales elementos constitutivos del transformador, en una instalación monofásica.

De acuerdo con la figura, el bobinado conectado a la red de alimentación es el llamado “primario” y su misión consiste en crear el flujo en el circuito magnético, empleando para ello la energía que por ese bobinado ingresa el transformador.

Este flujo que también concatena las espiras del segundo bobinado o “secundario”, induce fuerzas electromagnéticas tanto en un como en otro.

Probablemente la aplicación más útil de la inducción electromagnética, aparte de la generación de energía eléctrica, sea el transformador.

Sólo se induce f.e.m. cuando existe un cambio en el flujo magnético que atraviesa una bobina. Este cambio se puede producir por medio de un movimiento o conectando y desconectando el circuito, pero si el campo se produce por medio de una corriente alterna éste cambiará de valor y de dirección continuamente. Esto tiene como consecuencia la aparición de una f.e.m. inducida que cambia constantemente. El transformador es, por tanto, un aparato de corriente alterna en el cual por medio de una corriente alterna en su entrada se genera una f.e.m. alterna en su salida.

En la figura siguiente se muestra el principio del transformador.

Figura -Principio de funcionamiento del transformador.

Cuanto más cerca se puedan poner las bobinas una de otra, mejor alcanzará el campo del primario al secundario, es decir, que se dispersará menos flujo magnético. El mejor sistema es unir las bobinas por medio de un núcleo de hierro para obtener el máximo aprovechamiento del campo magnético. En la figura a continuación se muestra cómo se puede llevar a cabo esto en la práctica.

El factor de Inductancia Mutua que hemos analizado, se utiliza en la práctica para transferir energía de un circuito a otro mediante un elemento electromagnético denominado transformador.

Es muy posible que el transformador sea, en el campo de la electricidad aplicada, uno de los dispositivos más ampliamente utilizados, se le denomina comúnmente transformador estático, por cuanto carece de partes móviles. En su expresión más simple, un transformador está constituido por un devanado primario al cual se le aplica la energía eléctrica y un bobinado secundario, del cual se extrae la energía a consumir. Se denomina transformador elevador de tensión aquel que entrega sobre el secundario un potencial mayor que el del primario y transformador reductor de tensión el que posee un secundario que suministra menor tensión que la del primario. Existen también transformadores que entregan en el secundario igual tensión que la del primario, pero en estos casos son utilizados simplemente como elementos de enlace entre dos circuitos.

Fig. 2 - Transformador estático con núcleo magnético cerrado .

En la figura 2 representamos un transformador simple, el cual consta de un bobinado L1, primario, alimentado por corriente alterna y otro devanado, secundario, L2, acoplado, magnéticamente al primero, mediante un núcleo de láminas de hierro. Este núcleo, como ya hemos estudiado, permite una mejor transferencia del flujo magnético originado. En la figura puede apreciarse que el núcleo se encuentra cerrado lo cual intensifica el campo y hace disminuir las pérdidas .

Fig. 3 - Variaciones en la intensidad del campo magnético ( en Gauss ) producidas en un transformador alimentado por una corriente alterna sinusoidal .

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