Problemas resueltos de electricidad - Transformadores .
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Aplicaciones prácticas de transformadores. Tanto en materia de electricidad industrial y comercial como en radiotelefonía, telefonía, televisión y electrónica en general, encuentra el transformador un amplío campo de utilización. Puede decirse que es en elemento indispensable, especialmente en todo lo referente a corrientes alternas de baja y alta frecuencia. Las usinas generadoras de energía eléctrica utilizan el transformador como elemento de transporte de potencia eléctrica con el mínimo posible de pérdidas. Se utilizan al efecto, grandes transformadores elevadores de tensión, trabajándose con tensiones que oscilan entre 6.000 y 250.000 voltios para el transporte a grandes distancias. También se usan transformadores reductores para bajar tales tensiones a los valores de uso, que son generalmente 220 y 380 voltios. Estos cambios de tensión se deben a que se busca reducir las pérdidas de potencia en las líneas de transmisión por efecto de calentamiento en la resistencia eléctrica propia de las mismas , que son menores cuando el transporte se hace con tensiones elevadas y menor corriente . El transformador es un elemento muy utilizado en los sistemas eléctricos, porque permite trabajar en cada situación con la tensión e intensidad más adecuadas. Un caso significativo es el de los sistemas de potencia, en los que hace posible que la generación, transporte y consumo de la energía eléctrica se realicen a las tensiones más rentables en cada caso. El transporte resulta más económico cuanto más alta sea la tensión, ya que la corriente y la sección de los conductores son menores (intensidades pequeñas provocan menores pérdidas por efecto Joule). Razones tecnológicas impiden que los alternadores de las centrales puedan proporcionar tensiones superiores a los 30 kV. Por ello es necesaria la transformación en las centrales de estas tensiones a las típicas de transporte, generalmente inferiores a 400 kV (transformadores elevadores). Por otro lado, los aparatos consumidores de la energía eléctrica no están diseñados para tensiones tan elevadas (por seguridad de las personas), por lo que son normales las de 110, 220 ó 380 V, aunque también hay receptores de gran potencia con tensiones nominales del orden de unos pocos kilovoltios. De nuevo se hace necesaria la reducción de la tensión mediante los llamados transformadores de distribución. Esta reducción se realiza en varias etapas, en función de los receptores y de las necesidades de la distribución.
Fig.: Generación, transformación, transporte y consumo de energía eléctrica El transformador también se utiliza en circuitos de baja potencia y tensión para otras aplicaciones como, por ejemplo, la igualación de impedancias de carga y fuente para tener máxima transferencia de potencia, el aislamiento de circuitos, o el aislamiento frente a la corriente continua, sin perder la continuidad de la corriente alterna. Otra aplicación es como dispositivo auxiliar de los aparatos de medida, reduciendo la tensión o corriente de un circuito para adecuarla a la que aceptan los aparatos de medida: son los llamados transformadores de medida. También son muy usados los transformadores en soldadura eléctrica y hornos eléctricos, empleándose unidades reductoras de tensión con pocas espiras en el primario y un secundario constituido por un solo conductor de cobre de gran sección. En materia de transformadores de audiofrecuencia, o sea, transformadores utilizados para la reproducción del sonido, la ingeniería electrónica cubre un amplio campo. El cálculo y diseño de transformadores de audio origina mayor cantidad de problemas que los que podrían presentarse en el proyecto de transformadores destinados al transporte y transformación de energía. En estos últimos, la frecuencia de trabajo es generalmente de 50 ó 60 ciclos/segundo o Hertz . En audio, en cambio, las frecuencias de uso van desde un mínimo de 35 ciclos hasta 12.000 ciclos/segundo y a veces más, por otra parte, se trabajan con señales con formas de onda complejas y variables. Desde que la conservación de la alta fidelidad de la reproducción musical depende exclusivamente de la conservación de las formas de onda a través de los circuitos de cada equipo, es natural que el problema de la construcción de audiotransformadores dependerá de muchos factores que, en principio, no son considerados en lo referente a la electricidad industrial. En cuanto a los transformadores empleados en etapas de radiofrecuencia y frecuencia intermedia en receptores superheterodinos, transformadores de videofrecuencia en receptores de televisión, etc. etc., su construcción resulta aun más delicada, interviniendo en los cálculos problemas referentes a ancho de banda, elevada frecuencia de trabajo ( entre 450 Kc/seg. y 40 a 250 Mc/seg. ) , alta inductancia en relación al número de espiras y baja resistencia óhmica y otros factores derivados del estudio de los circuitos resonantes . Valores nominales de un transformador de potencia Los valores nominales de una máquina eléctrica son aquellos para los cuales ha sido diseñada. Los más importantes de un transformador diseñado para trabajar en régimen senoidal son: -
potencia nominal, Al igual que en otras máquinas eléctricas, la potencia máxima que puede suministrar el transformador está limitada por la calidad de sus aislantes, que se pueden deteriorar por un exceso de tensión o por un exceso de temperatura: -
la tensión máxima del aislante fija la tensión
máxima del transformador; Para una tensión determinada (pérdidas en el hierro constantes) y una sección de conductor determinada , la temperatura máxima del aislante fija una intensidad máxima en el transformador. |
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