Diseño de transformadores monofásicos

Resumen

En este documento como ensayo previo mostraremos el
correcto diseño para transformadores monofásicos en
cuanto indicaremos las partes importantes que debemos tomar en
cuenta para el diseño que consta de tipos de
núcleos magnéticos, diseño de devanados y
por sus tipos de chapas que están normalizadas en el medio
de las maquinas eléctricas y sobre las
características importantes que ofrece cada diseño
sobre las ventajas y desventajas que ofrecen cada uno de
ellos

PALABRAS CLAVES: bobina, núcleo,
monofásico, perdidas, transformador

Introducción

El Transformador es un dispositivo que convierte
energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en
energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por
medio de la acción de un campo magnético.
Está constituido por dos o más bobinas de alambre,
aisladas entre sí eléctricamente por lo general y
arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferro
magnético. El arrollamiento que recibe la energía
eléctrica se denomina arrollamiento de entrada, con
independencia si se trata la mayor (alta tensión) o menor
tensión (baja tensión) y el arrollamiento del que
se toma la energía eléctrica a la tensión
transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia
con ello, los lados del transformador se denominan lado de
entrada y lado de salida. El arrollamiento de entrada y el de
salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El
núcleo se construye de hierro por que tiene una gran
permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo
magnético

Figura 1. Núcleo de un
Transformador

DISEÑO PARA TRANSFORMADORES
MONOFÁSICOS

Diseño de
núcleos magnéticos monofásicos (tipo
columnas y acorazado)

• 2.1.1 Transformador monofásico de
  columnas

El transformador a columnas posee sus dos bobinados
repartidos entre dos columnas del circuito magnético. En
la figura se trata de un transformador monofásico
dónde el circuito magnético se cierra por las
culatas superior e inferior En los transformadores de columnas
los bobinados son claramente visibles y están devanados
sobre núcleos en forma de columnas, unidos por extremos, a
las otras columnas por un yugo o puente

Figura 2. Transformador Monofásico
tipo Columna

• 2.1.2 Transformador monofásico
  acorazado

El transformador acorazado se caracteriza por tener dos
columnas exteriores, por las que se cierra el circuito
magnético, estas dos columnas no poseen ningún
devanado. En los Transformadores monofásicos el
devanado primario y secundario se agrupan en la columna central y
el transformador tiene tres columnas en total. Este tipo de
núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado
tipo columna, de reducir la dispersión magnética,
su uso es más común en los transformadores
monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados
se localizan sobre la columna central, y cuando se trata de
transformadores pequeños, las laminaciones se hacen en
troqueles. Las formas de construcción pueden ser distintas
y varían de acuerdo con la potencia

En los transformadores acorazados el flujo producido por
cada bobinado es encerrado en un anillo magnético, de modo
que no hay interacción entre el flujo de una fase y las
restantes.

Figura.3 Transformador monofásico
acorazado

Diseño de
devanados

La disposición de los devanados en los
transformadores debe ser hecha de tal manera que se concilien en
la mejor forma la exigencia que son contrastantes entre si del
aislamiento y de la mejor dispersión del flujo La
clasificación más grande que hay de los
transformadores es la de su posición de los devanados y
estos se clasifican en:

• 2.2.1  Transformadores de devanados
  separados

Figura 4.. Esquema físico de un
Transformador según la posición de sus
devanados.

• 2.2.2  Transformadores de devanados
  concéntricos

Cada uno de los devanados están distribuido a lo
largo de la columna el devanado de tensión baja se
encuentra en la parte interna y aislado del núcleo y del
tensión más elevada por medio de tubos
aislantes

Figura 5. Esquema físico de un
Transformador con devanados concéntricos.

• 2.2.3  Transformadores de bobinas
  alternadas.

Este tipo de devanado están subdivididos cada uno
en una cinta numero de bobinas que están dispuestas en las
columnas en forma alternada

Figura 5. Esquema físico de un
Transformador con bobinas alternadas

Tipos de chapas
normalizadas (formas y tamaños)

Para diseños de chapas normalizadas
y el uso para el diseño de transformadores
monofásicos debes tener en cuenta los siguientes
puntos

Figura 6. Cortes de chapas para
núcleos

Elección de la chapa
magnética: (ancho de la columna B)

La elección de la chapa se hace en
función de la sección neta (Sn) resultante
y con ayuda de la tabla Correspondiente.

Sección del
núcleo:

· Sección neta:
sección en cm2 de circuito
magnético.

Elección del carrete:
(dimensiones de la ventana del carrete B•A) Se
hará el función de la chapa elegida y de la
sección real (Sr) del núcleo.

CHAPAS PARA TRANSFORMADORES MEDIDAS

En esta imagen esta explicado las medidas que pueden
tomar las chapas tomando en cuenta la tabla que se encuentra a
continuación se debe tomar según el acotamiento que
se tiene en la imagen que tiene como nombre letras y los valores
se encontraran en la tablas

Figura 7. Chapas para
transformadores

DIMENSIONES PARA CHAPAS NORMALIZADAS
DIN

E41-302

Figura 8. Tabla de chapas
normalizadas

Número de chapas necesario:
(Nchapas)

Se obtiene a partir de la medida (A) del
carrete

y del espesor (e) de la chapa.

Figura 9. Carrete y núcleo de
chapas

Conclusiones

Como conclusión decimos que hemos investigado
sobre cómo debe ser diseñado un transformador que
factores importantes hacen que el transformador tenga un optimo
funcionamiento utilizando adecuadamente los tipos de chapas a
utilizar las medidas y dimensiones de las chapas y sobre todo los
conductores del bobinado y el diseño de los devanados que
deseemos emplear en nuestro transformador utilizando las
condiciones que requiere el diseño del transformador a
diseñar

Citas/o
referencias

[1] books.google.com.ec/books. Control.
Vol. 47. No 5. pp 857-863. May 2002

[2]
Itzamna.OPTAPLICADADISENO.pdfH.Khalil,"Nonlinear
Systems", 2nd. ed., Prentice Hall, NJ, pp. 50-56,
1996

[3] Francis. B. A. and W. M. Wonham,
"single phase transformer", Vol. 12. pp. 457-465.
1976.

NOTA

En los anexos están tablas normalizadas para los
transformadores monofásicos dependiendo de los conductores
las chapas metálicas materiales aislantes y las medidas de
los carretes

Anexos

TABLAS PARA LOS DISEÑOS DE
TRANSFORMADORES

DIMENSIONES DE LAS CHAPAS PARA LOS
TRANSFORMADORES MONOFASICOS

Figura 10. Numero de chapas y sus
Dimensionamientos

Propiedades de Materiales
Aislantes

Las siguientes propiedades son
indicativas de su orden de magnitud.

Figura 11. Tabla de Materiales
Aislantes

Propiedades de Materiales y Chapas
Magnéticas

A continuación, se ofrecen las
propiedades orientativas de diversos tipos de materiales
magnéticos.

Figura 12. Tabla de chapas
Magnéticas

Dimensiones geométricas de chapa
magnética para transformadores (Núcleos
E/l):

OTRO FACTOR IMPORTANTE ES EL DE LOS TIPOS
DE CARRETES QUE SE USAN EN EL TRANSFORMADOR MONOFASICO

TABLA PARA LOS TIPOS DE CONDUCTORES A USAR EN LOS
DISEÑOS DE TRANSFORMADORES

Autor:

Javier Pillco