Fundamentos e Funcionamento do Transformador Monofásico

Definicións e Características

O transformador é unha máquina estática que cambia a enerxía, cunhas condicións de tensión e intensidade (V₁ e I₁) e outras condicións de corrente (V₂ e I₂), sen variar a frecuencia. O transformador é a máquina con maior rendemento (preto do 100%), por iso podemos supoñer que a potencia de entrada é igual á de saída. Cando ocorre isto, o transformador é considerado "ideal" e neste caso o rendemento é máximo.

Principio de Funcionamento do Transformador

Un transformador consta de dúas bobinas eléctricas enroladas sobre un núcleo magnético chamado "circuíto magnético". Os bobinados eléctricos chámanse bobinado primario e bobinado secundario.

• O bobinado primario é o que se conecta á fonte de alimentación alterna de condicións (V₁ e I₁).
• O bobinado secundario é onde conectamos o circuíto eléctrico, ao que lle queremos dar unhas condicións (V₂ e I₂), e ao que chamaremos circuíto de carga.

O transformador é un elemento reversible, xa que se lle poden intercambiar os bobinados. O circuíto magnético está constituído por un núcleo de material ferromagnético, formado por un apilamento de láminas metálicas. Non se fai macizo para reducir as perdas polas correntes parasitas de Foucault. A misión do circuíto magnético é dar un camiño ao fluxo magnético, xa que os materiais ferromagnéticos teñen unha permeabilidade moi alta.

Transformador Ideal

Para analizar o transformador ideal, hai que considerar tres puntos clave:

1. Non existen perdas nos bobinados eléctricos por efecto Joule.
2. O fluxo magnético estará totalmente concentrado no núcleo magnético.
3. Non hai perdas por histérese nin correntes parasitas (Foucault).

O transformador ideal en baleiro é cando traballa sen carga e non se conecta ningunha carga no circuíto secundario; polo tanto, a corrente no circuíto secundario é nula.

Transformador Ideal en Carga

Se no secundario do transformador colocamos unha carga "Z", por esta pasará a corrente "I". Se o transformador é ideal, as potencias aparentes serán iguais.

Transformador Real

Existen varias características que diferencian un transformador real dun ideal:

1. Os devanados do primario e secundario teñen resistencias, polo tanto, perden potencia polo efecto Joule.
2. O fluxo non está totalmente no núcleo, xa que se dispersa e pérdese fóra do núcleo, e chámase "fluxo de dispersión".
3. Existen correntes parasitas e histérese que provocan perdas de potencia.

Clasificación dos Transformadores

Os transformadores pódense clasificar segundo varios criterios:

1. Segundo o núcleo: pode ser acoirazado, por columnas ou toroidal.
2. Segundo a aplicación de potencia: poden traballar en baixa, alta ou media potencia.
3. Segundo a súa función: se é elevador, redutor ou estabilizador.
4. Segundo o número de fases: monofásico, trifásico ou polifásico.
5. Segundo a súa ubicación: pode estar á intemperie ou no interior.
6. Segundo a refrixeración.

Ensaios dos Transformadores

Para calcular o seu rendemento, fanse dous ensaios principais: o de baleiro e o de curtocircuíto.

A) Ensaio de Baleiro

Con esta proba calcúlanse: a relación de transformación, a corrente en baleiro e as perdas no ferro. Os seguintes aparellos de medida úsanse:

• Vatímetro: para medir as perdas no ferro (en W).
• Voltímetro: mide a tensión no primario e no secundario (en V).
• Amperímetro: para medir a corrente en baleiro (en A).

B) Ensaio en Curtocircuíto

Consiste en calcular as perdas por efecto Joule nos bobinados e a tensión de curtocircuíto. Este ensaio consiste en ir aumentando a tensión no primario desde 0 ata a nominal; a esa tensión chámase "tensión de curtocircuíto" (V_cc). Para o ensaio necesitamos:

• Vatímetro: para medir as perdas de potencia por efecto Joule.
• Voltímetro: para medir a tensión en curtocircuíto no primario.
• Amperímetro: para medir a corrente nominal "I_1n".

Rendemento do Transformador

O rendemento é a relación entre a potencia empregada na carga (potencia útil) e a potencia absorbida pola rede. A potencia útil máis a potencia absorbida é igual á potencia perdida.

P_abs = P_útil + P_perdida

A potencia perdida (P_perdida) é aproximadamente a resistencia RCC (P_perdida = RCC · I₁²).

Definimos o índice de carga dun transformador como a relación entre a corrente do primario e a corrente nominal do primario.

A potencia útil será a potencia activa en (W).