Características de diseño de transformadores

Características para el Diseño de Transformadores Monofásicos

Natalia Angélica Cancino García 20092005058
Joan Camilo Valencia Montaña 20092005029

Resumen - En el proceso de diseño de transformadores se tienen en cuenta muchas variables y parámetros que afectan cada una de las características del transformador por tal motivo se deben asumir en primera instancia valores aproximados enalgunas de las variables para desarrollar las ecuaciones, luego a través de un proceso de histéresis podemos hallar valores más reales para estas variables.

Abstract - In the transformer design process takes into account many variables and parameters that affect each characteristics of the transformer for this reason must be assumed at first approximate values ​​in some variables to develop theequations, and then through a process of hysteresis can find more realistic values ​​for these variables.

Palabras clave - Área producto, núcleo, bobinas, diseño, transformadores.

1. Introducción

E
L proceso de conversión en electrónica de potencia requiere el uso de componentes de transformadores que son frecuentemente el elemento más pesado y voluminoso en el circuito de conversión.Este volumen y peso del transformador tienen un efecto significativo sobre rendimiento y eficiencia del sistema. En consecuencia, en el diseño de los transformadores es muy importante: el peso total del sistema, la eficiencia, y el costo. Debido a la Interdependencia e interacción de estos parámetros, las compensaciones son necesarias para lograr un diseño optimizado.

2. Conceptos preliminares2.1 Partes Principales De un Transformador Monofásico:
Un transformador está compuesto principalmente por tres partes:

3.1.1 Núcleo
Es la parte del transformador que tiene como objetivo concentrar el campo magnético y sobre él se montan las bobinas.Los núcleos están constituidos por láminas o chapas ferromagnéticas de acero eléctrico(aleación de hierro con un poco de silicio).Lassuperficies de las láminas están aisladas desde un punto de vista dieléctrico. El espesor de estas láminas está entre 0,22 y 0,5 mm.
En el proceso de elaboración de estas láminas los fabricantes buscan mejorar las propiedades magnéticas, el proceso más usado es el laminado en frío.Durante su elaboración quedan impurezas, las cuales ocasionan perdidas por calentamiento en el núcleo; las impurezasque se crean son azufre, fósforo, manganeso y magnesio.
El porcentaje de silicio juega un papel muy importante en su fabricación ya que la concentración de silicio mejora el coeficiente de deducibilidad del hierro y disminuye las perdidas por calentamiento, el porcentaje de concentración está entre el 3 y 4 %.
Un factor importante en la calidad del núcleo, son las tensiones mecánicas internas aque son sometidas las laminas, corte y torneado.

Tipos de núcleo:
1. Núcleo de columnas:
Consta de 2 columnas y dos yugos, en el núcleo la parte donde van montados los arrollamientos se llaman columnas y las partes que unen las columnas, o cierran el circuito magnético se llaman yugos.

Fig. 1. Transformador con núcleo de columnas.

Fig. 2. Láminas o chapas en forma de ‘I’ e ‘U’para un transformador con núcleo de columnas.

2. Núcleo acorazado:
Sus láminas son similares al modelo anterior, consta de tres columnas y dos yugos, están formados por varias espiras de alambre de cobre o aluminio.

Fig. 3. Transformador con núcleo acorazado.

3. Toroidal:
El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan elprimario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Fig. 4. Transformador con núcleo toroidal.

3.1.2 Bobinas
Un transformador elemental tiene por lo menos, dos bobinas una primaria y una secundaria en la bobina primaria se recibe la energía de la...