Solución:
La solución para este problema que presentan los materiales ferromagneticos que es el ciclo de histéresis es la calidad del material.
La calidad del material depende de la capacidad de imantarse y desimanarse fácil y rápidamente, y que su costo sea muy accesible; puesto que el oro presenta esta característica, pero es muy caro, y por ser demasiado caro se constituye en material descartado para construir los núcleos de los transformadores.
Un material que presenta la característica de imantarse y desimanarse fácil y rápidamente y que por su puesto se precio no es caro es el hierro silicio.
Un tipo especial de fierro obtenido a partir de la introducción de silicio en el proceso de fabricación es el fierro eléctrico. Éste tipo de fierro exhibe ciertas propiedades magnéticas que lo hacen ideal para el uso en transformadores, generador y motores eléctricos. Se distinguen dos tipos de este tipo de material: de grano orientado y grano no-orientado
A continuación se coloca una tabla con los parámetros de algunos materiales para conocer su ciclo de histéresis:
Corrientes parásitas
Cuando en un transformador se induce un campo magnético, por la ley de Faraday aparece en el material también una fem inducida la cual da lugar a unas corrientes parasitas que circularan por el material.
Para entender mejor lo explicado miremos el siguiente grafico.
El núcleo anterior es completamente macizo, donde hay un determinado
flujo variable, originándose en dicho núcleo corrientes circulares
que se opondrán en todo instante a la causa que las origina, como el
núcleo es macizo la resistencia que ofrecerá a dichas corrientes
circulares será baja, lo cual provocará el incremento de tales
corrientes.
Debido al incremento de tales corrientes la fuerza magnetizante se debilitará y en consecuencia, provocará un incremento en la corriente que circula por el primario, la cual la obtendrá de la de la fuente que suministra la alimentación, lo cual representa una pérdida de potencia.
Solución:
Como las corrientes parasitas vienen de:
Entonces para reducir al máximo posible las corrientes parasitas
hay que aumentar al máximo resistencia.
Para llegar a ofrecer máxima resistencia es posible integrar el
núcleo magnético mediante un conjunto de láminas delgadas
de hierro, superpuestas una sobre la otra y aisladas entre sí mediante
un aislante, esto se ilustra en la siguiente figura:
En la figura podemos mirar en forma el efecto de reducción de
las corrientes circulares; debido a que el hierro tiene ya menor sección,
el valor alcanzado por las corrientes parasitas es ahora menor, y en consecuencia
han disminuido las pérdidas.
Es decir para que las pérdidas se vean muy reducidas por las corrientes parasitas hay que construir el núcleo del transformador en laminas, o enchapado.
Núcleo laminado diseñado para ser ensamblado
fácilmente.
Ya hemos examinado cada una de las perdidas en el circuito magnético
del transformador y se ha dado a conocer cada una de sus mejores soluciones
a tomar, a continuación se coloca un cuadro de resumen general.
Circuito eléctrico
El circuito eléctrico está relacionado con el bobinado del transformador, con la carga, con las corrientes y los voltajes, y es por esto mismo que estas pérdidas no son constantes sino que varían según las circunstancias.
Las pérdidas en el trasformador producidas por el circuito
eléctrico se deben al bobinado del núcleo el cual examinaremos
a continuación:
En el transformador anterior podemos observar que las corriente
i(t) pasan por las bobinas con sus respectivas espiras, y es exactamente ahí
en las bobinas donde se produce una pérdida de potencia que esta dado
por:
Entonces para reducir la potencia perdida, es claro que no podemos disminuir la corriente 
puesto que esta llega a la carga, entonces lo que podemos hacer es reducir al máximo la resistencia en las bobinas.
Ahora examinemos ri
Entonces para disminuir la resistencia en las bobinas el material
debe ser un muy buen conductor, y también la sección transversal
del mismo debe ser grande.
Solución:
La solución por ende es buscar un material conductor y de sección transversal grande.
Conductividad:
Los requerimientos para los materiales conductores es tener
la mayor conductividad posible y el menor coeficiente de temperatura. La variación
de la resistencia de acuerdo a la temperatura está dada por:
Debido a su alta conductividad eléctrica y excelentes
propiedades mecánicas, el cobre es ampliamente usado para la construcción
de bobinados. Conductores redondos, recubierto con barniz aislante.
El Aluminio es más liviano y barato que el cobre y tiene menor
temperatura de fundición
(Fácil de moldear), sin embargo su conductividad es solo un 60% de la conductividad del
Cobre y posee menor rigidez mecánica por lo que no puede ser manufacturado en delgados conductores.
Sección transversal:
Para reducir las pérdidas en el cobre es conveniente que el conductor tenga una gran sección transversal, pero si hacemos esto, será muy complicado manipular el conductor al momento de construir un transformador, por lo que no es muy conveniente que el conductor sea de muy grande sección transversal.
Convencionalmente, los alambres cobre y aluminio están especificados por la American
Wire Gauge (AWG) o la británica Standar Wire Gauge (SWG), sin
embargo, actualmente existe una especificación internacional establecida
por la International Electrotechnical Comission (IEC 182-1). En la Tabla de
abajo está incluida la transformación del numero AWG a pulgadas
y milímetros. Adicionalmente se muestra la resistencia en Ohm/m a 20°
para cada conductor.
Eficiencia de un transformador
La eficiencia de un transformador está dada por:
Se denominan Transformadores de alta eficiencia a aquellos transformadores
que tienen perdidas muy por debajo de los convencionales.
La eficiencia de un Transformador depende de su dimensionamiento y de la calidad de los materiales utilizados en su fabricación.
Los transformadores de mayor rendimiento tienen núcleos fabricados con acero al silicio de bajas pérdidas con las bobinas de cobre o núcleos de acero amorfo con devanados de cobre.
Potencia nominal
La potencia nominal es la potencia máxima que demanda un aparato
en condiciones de uso normales; esto quiere decir que el aparato está
diseñado para soportar esa cantidad de potencia, sin embargo debido a
fluctuaciones en la corriente, al uso excesivo o continuo, o en situaciones
de uso distintas a las del diseño, la potencia real puede diferir de
la nominal, siendo más alta o más baja.
La potencia nominal viene indicada por el fabricante en cada transformador
junto con su eficiencia, es decir si utilizamos el trasformador a una potencia
menor a la nominal, estaremos utilizando mal al transformador porque lo estaríamos
utilizando ineficientemente.
Conclusiones
Analizando las pérdidas de un transformador real en este ensayo, podemos ver que estas perdidas siempre estarán presentes ya sea en gran cantidad o en poca pero ahí estarán.
Sin embargo las pérdidas en un transformador se las puede reducir considerablemente tomando las medidas necesarias.
Hay también que tomar en cuenta que para tomar una medida que disminuya las perdidas en el transformador, debemos analizar muy bien, debemos poner en la balanza lo positivo y lo negativo que se produce al cambiar algo, y ver si nos conviene o no tomar dicha medida.
Siendo ya más ya casi ingenieros estamos muy capacitados para tomar medidas necesarias al momento de fabricar un transformador, pues ya conocemos todas las implicaciones del caso.
Bibliografía
MONTILLA, Alexander, "Maquinas Eléctricas"
MORA, Jesús, "Maquinas Eléctricas", quinta edición
A.E.Flizgerald,"Teoría y análisis de las Maquina Eléctricas"
Autor:
Diego Pillaga
Juan Pablo Hurtado
PROFESOR:
ING. OMAR ALVARES
CICLO:
TERCERO
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
FACULTAD DE INGENIERIAS
CARRERA ELECTRONICA
MATERIA:
MAQUINAS ELECTRICAS 1
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