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Perdidas de potencia y eficiencia en los transformadores monofásicos




Partes: 1, 2

  1. Introducción
  2. Método práctico para medir las pérdidas en el hierro de un transformador
  3. Método para determinar las pérdidas en el cobre
  4. Midiendo la resistencia de los bobinados
  5. Rendimiento de un transformador
  6. Conclusiones
  7. Bibliografía

Introducción

Como ya aviamos mencionado anteriormente un transformador no es más que una maquina eléctrica que convierte cierta tensión que ingresa al transformador ya se aumentándola o disminuyéndola a la salida pero estas maquinas eléctricas no son ideales es decir tienen perdidas de potencia y eficiencia debido algunos factores que se mencionara a continuación

Las pérdidas en un transformador

Ninguna maquina eléctrica es ideal, es decir siempre tienen algún tipo de perdida al realizar un trabajo, siendo estas estáticas o dinámicas

En el caso del transformador estas pérdidas son estáticas

En un trasformador se producen perdidas esencialmente por las siguientes causas:

  • por ciclos de histéresis

  • por corrientes parasitas (corrientes de Foucault)

(Estas dos llamadas también perdidas en el hierro)

  • pedidas en el cobre del bobinado

Perdidas en el hierro

Como se menciono anteriormente de forma breve las perdidas en el hierro son las perdidas por histéresis y por corrientes parasitas

Las corrientes parasitas se producen en cualquier material conductor cuando se encuentran sometidos a una variación de flujo magnético, como los núcleos de los transformadores están hechos de materiales magnéticos y estos materiales son buenos conductores se genera una fuerza electromotriz inducida que origina corrientes que circulan en el mismo sentido dando lugar a el denominado efecto Joule

Las perdidas por corrientes parasitas dependerán del material con el que está construido el núcleo magnético del transformador

Para reducir en parte estas pérdidas de potencia es necesario que el núcleo del transformador que esta bajo un flujo variable no sea macizo, es decir el núcleo deberá estar construido con chapas magnéticas de espesores muy delgados, colocadas una enzima de otra y aisladas entre si

Al colocar las chapas magnéticas lo que conseguimos es que la corriente eléctrica no pueda circular de una chapa a otra y se mantenga independientemente en cada una de ellas con lo que se induce menos corriente y disminuye la potencia perdida por corrientes parasitas o corrientes de Foucault

En la imagen 1 podemos observar primero un flujo en un núcleo macizo y por consiguiente una gran cantidad de pérdidas de energía que derivaran en perdidas inevitables de potencia

En cambio en la siguiente imagen podemos observar la función de las chapas en el núcleo reduciendo las corrientes inducidas y por lo tanto menos perdidas de potencia

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En la siguiente tabla (tabla 1) se expresa las características de construcción los valores magnéticos para determinar las pérdidas de potencia en el hierro en función del espesor, la aleación y la inducción

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Para realizar un cálculo numérico de las perdidas en el hierro por las corrientes parasitas recurrimos a la siguiente formula:

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La histéresis magnética es el fenómeno que se produce cuando la imantación de los materiales ferro magnéticos no solo depende del flujo magnético, sino de los estados magnéticos anteriores.

En el caso de los transformadores al someter un material magnético a un flujo variable se produce una imantación que se mantiene al cesar el flujo variable, lo que provoca una perdida de energía

En la imagen 2 podemos ver de una forma más clara lo que se trata de explicar

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De igual forma que en las corrientes parasitas el ciclo de histéresis dependerá esencialmente del tipo de material

Para calcular numéricamente las perdidas por histéresis podemos usar la siguiente igualdad

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Y por lo tanto se puede concluir que las perdidas en el hierro son la suma de las perdidas por ciclos de histéresis y las perdidas por corrientes parasitas

Perdidas en el cobre

Es la suma de las potencias pérdidas en los bobinados de un transformador. Se deben a la disipación de calor que se producen en los devanados. El valor de esta potencia depende del cuadrado de las intensidades de corriente de carga y a la resistencia de los bobinados, la cual varía mucho desde el funcionamiento en vacío a plena carga.

Estas pérdidas las podemos calcular numéricamente atreves de la siguiente fórmula:

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