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Diseño de Transformadores Monofásicos
Jorge Romo L. El diseño de cualquier equipo es un proceso de cálculo mediante el cual se trata de determinar sus dimensiones geométricas, de modo de obtener un comportamiento preespecificado. Así, en el proceso de diseño se pueden distinguir: 1. Especificaciones, o características de funcionamiento deseadas. 2. Algoritmo de diseño, o secuencia lógica derelaciones que permiten determinar las dimensiones a partir de las especificaciones y de ciertos valores supuestos en base a experiencia en diseños similares. 3. Análisis del comportamiento del diseño definitivo, comparación con el comportamiento requerido (especificaciones) y repetición del proceso si es necesario corregir el diseño. Generalmente ocurre que las ecuaciones de diseño disponibles soninsuficientes para la cantidad de incógnitas (dimensiones) a determinar. Por ello, para levantar la indeterminación es necesario suponer un conjunto de valores y/o emplear un modelo simplificado de modo de reducir la cantidad de incógnitas, obteniéndose un diseño preliminar o aproximado. No obstante, al analizar el comportamiento del diseño así obtenido, hay que basarse en el modelo exacto, sinsimplificaciones. De allí que se produzcan diferencias entre el comportamiento calculado y las especificaciones, siendo normalmente necesario realizar una serie de iteraciones hasta lograr un diseño satisfactorio. En cada iteración deben corregirse adecuadamente los valores supuestos para aproximar el comportamiento a las especificaciones. En el caso de transformadores monofásicos, se expondrá aquí unalgoritmo de cálculo basado en el modelo simplificado correspondiente al transformador ideal. Las etapas del proceso serán en este caso:

1

Especificaciones
En el caso más simple serán las características nominales, o sea potencia aparente (o bien , ya que ). y la

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2

Algoritmo de Diseño

2.1

Sección de conductores primario y secundario(1)

(2) Donde y son las densidades de corriente en conductores primario y secundario y se deben aproximar a valores

respectivamente, valores que deben suponerse entre 2 y 7 [A/mm2] aproximadamente, dependiendo del tipo de refrigeración. Además normalizados comerciales.

2.2

Número de vueltas de los enrollados , que para

Se puede asumir un valor para los volts por vueltatransformadores monofásicos puede variar entre 0,1 y 10 aproximadamente, dependiendo de la aislación y niveles de voltaje. Entonces, los números de vueltas del primario y secundario serían:

(3)

(4)

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2.3

Sección transversal del núcleo es:

El área aparente del núcleo

(5) Donde es el factor deapilamiento, que dependiendo del apriete de las chapas puede es la densidad de flujo máxima, que

variar entre 0,90 y 0,98 aproximadamente, y

dependiendo de la curva B-H de núcleo puede elegirse entre 0,9 y 1,6 [Wb/m2], o más, si el fierro es de buena calidad y el codo de saturación así lo permite. El área aparente del núcleo corresponde a:

(6) En que y son las dimensiones indicadas en la Figura1.a o Figura 1.b, según el tipo de y pueden elegirse arbitrariamente para cumplir (6), o puede con (6). En . deba elegirse algún valor normalizado, determinándose

núcleo a usar. Así, ocurrir que para

general, es conveniente que

(a)

(b)

Figura 1. Núcleos tipos ventana y acorazado

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2.4Sección de la ventana

Corresponde a la sección transversal de conductores de cobre que ocuparán la ventana , más espacios de aire y aislación. Si se define como el factor de aprovechamiento de la ventana, se tendrá que la sección de la ventana es:

(7) puede elegirse entre 0,3 y 0,7 dependiendo de la calidad del bobinado, entre otras cosas. Cabe indicar que si el diseño se hace con de modo que...