Conceptos Clave de Magnetismo y Transformadores Eléctricos

Conceptos Fundamentales de Magnetismo

V: tensión de fuente, U: caída de tensión, E: tensión inducida.

Flujo Magnético (Φ): Cantidad de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente una superficie.

Densidad Magnética (B): Es la concentración de líneas de fuerza [Tesla].

Ley de Faraday-Lenz: (Concepto relacionado con la tensión inducida E)

Fuerza Magnetomotriz (FMM): FMM = N.I [amperio vuelta]. Genera un campo magnético.

Permeabilidad (μ): Es la facilidad que presenta un material al paso de las líneas de fuerza. Relaciona el campo magnético (H) con la densidad magnética (B).

Llamamos permeabilidad relativa (μ_r) de un material al cociente entre el campo que produce una bobina con núcleo de ese material y el campo que produce la misma bobina con núcleo de aire. Es un número adimensional que indica cuántas veces es más permeable con respecto al aire. En los materiales ferromagnéticos, la permeabilidad relativa ronda un valor de 1000.

La fórmula del campo magnético es H = N.I / L.

Hc: Campo coercitivo.

Br: Magnetismo remanente.

Reluctancia (ℛ): Es la oposición al paso de las líneas de fuerza magnéticas.

Principios del Transformador Eléctrico

En base al principio de transformación de energía, suponiendo un transformador ideal, se puede deducir la relación de transformación:

• E1 = E2
• P1.t = P2.t
• P1 = P2
• U1.I1 = U2.I2
• (V1/V2 = I2/I1) - Relación de transformación (en términos de corrientes y tensiones ideales)

En todo transformador, la tensión en cada bobinado es directamente proporcional al flujo magnético y al número de espiras. En consecuencia:

• V1 = Φ.N1
• V2 = Φ.N2
• V1/V2 = ΦN1 / ΦN2
• (V1/V2 = N1/N2) - Relación de transformación (en términos de espiras)

Estas relaciones son aproximadas debido a que no han tenido en cuenta las pérdidas que todo transformador real presenta.

Pérdidas en Transformadores

• En el cobre (Pérdidas por efecto Joule): I1².R1, I2².R2
• En el hierro (Pérdidas en el núcleo):
  • Histéresis
  • Corrientes parásitas (Foucault)

Medición de Pérdidas

Ensayo en Vacío (Medición de Pérdidas en el Hierro)

Se realiza un ensayo en vacío. En este caso, no hay corrientes en el secundario y la corriente en el primario es muy pequeña (corriente de vacío). Por lo tanto, las pérdidas en el cobre son despreciables. Si se mide la potencia del lado primario, se están midiendo únicamente las pérdidas en el hierro.

Ensayo en Cortocircuito (Medición de Pérdidas en el Cobre)

Se realiza mediante un ensayo en cortocircuito, donde se alimenta al primario con una fuente variable y se puentea el secundario con un amperímetro. Se debe ajustar un valor de tensión tal que haga circular la corriente nominal por el secundario. En este caso, aparecerán las pérdidas en el cobre y las del hierro serán despreciables, ya que la tensión aplicada es muy baja.

Comportamiento del Transformador en Vacío

Cuando un transformador está en vacío, circula por el primario la corriente I_o. Esta corriente provoca dos caídas de tensión:

1. En la resistencia del alambre: I_o.R1
2. En la reactancia del alambre: I_o.X1

Estas dos caídas, más la fuerza contraelectromotriz -E1, resultan en la tensión aplicada en el primario: V = I_o.R1 + I_o.X1 - E1.

La corriente de vacío (I_o) tiene una componente real, llamada corriente magnetizante, y una componente imaginaria, llamada corriente parásita.