Tipos De Transformadores De Potencia, Que Son Y Cómo Funcionan

Los transformadores de potencia se utilizan generalmente en la red de transmisión para aumentar o disminuir el nivel de voltaje. Funciona principalmente durante cargas altas o pico y tiene la máxima eficiencia en o cerca de la carga completa. Los transformadores de distribución reducen el voltaje para fines de distribución a usuarios domésticos o comerciales. Tiene buena regulación de voltaje y funciona las 24 horas del día con la máxima eficiencia al 50% de la carga completa, Aquí te mostraremos los tipos de transformadores de potencia, que son y cómo funcionan.

1. ¿Qué es un transformador de potencia?

El transformador de potencia generalmente tiene una clasificación de MVA más alto (> 200MVA) y se usa en aplicaciones escalonadas y descendentes en transmisión, mientras que el transformador de distribución se usa en distribución.

La principal diferencia entre el transformador de potencia y distribución es que el transformador de distribución está diseñado para una máxima eficiencia con una carga del 60% al 70%, ya que normalmente no funciona a plena carga todo el tiempo. Su carga depende de la demanda de distribución. Mientras que el transformador de potencia está diseñado para una máxima eficiencia al 100% de la carga, ya que siempre funciona al 100% de la carga estando cerca de la estación generadora

2. Transformadores de potencia basados en su núcleo.

Existen diferentes tipos de transformadores de potencia según su uso, diseño, construcción, etc. Discutiremos algunos de estos tipos a continuación:

Clasificación de la base del transformador en el material utilizado para su núcleo.

Tipos de Transformadores de potencia de núcleo de aire

• Esto tipos de transformadores de potencia utilizan plástico o aire como núcleo. Los devanados están enrollados alrededor del núcleo de plástico o no hay núcleo físico. El aire tiene muy baja permeabilidad magnética. Por lo tanto, no hay un enlace de flujo entre las bobinas, ya que están unidas a través del aire entre ellas. La ausencia de núcleo ferromagnético (como el núcleo de hierro) reduce las pérdidas del núcleo, ya que estas pérdidas aumentan con la frecuencia. El material ferromagnético también causa distorsión en la señal de alta frecuencia. Entonces, el transformador de núcleo de aire es adecuado para la corriente de radiofrecuencia. Otro punto positivo del transformador de núcleo de aire es que son livianos y son adecuados para dispositivos electrónicos móviles como transmisores de radio, etc.

Transformador ferromagnético / núcleo de hierro

• Como su nombre indica, el núcleo de estos transformadores está hecho de material ferromagnético. Un núcleo ferromagnético se utiliza en un transformador para aumentar su campo magnético. La fuerza del campo magnético depende de la permeabilidad magnética del material utilizado. El hierro es un material ferromagnético común utilizado en tales transformadores. Los tipos de transformadores de potencia con núcleo de hierro se utilizan para aplicaciones de carga pesada que tienen baja frecuencia, como fuentes de alimentación. El núcleo de hierro incluye sus pérdidas de núcleo dependientes de la frecuencia, como la corriente de Foucault y las pérdidas por histéresis.

Se utilizan para aumentar o disminuir los niveles de voltaje de CA.

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3. Transformadores de potencia basados en la conversión de voltaje:

Los diferentes tipos de transformadores de potencia también se clasifican en función de su conversión de nivel de voltaje de CA.

Transformador elevador

• En este tipo de transformador, el voltaje de su devanado secundario es mayor que el devanado primario. Esto se debe a que el número de vueltas en el devanado primario es menor que el número de vueltas en el devanado secundario. El voltaje de salida de un transformador depende de su relación de giro que viene dada por;

 

 

• Relación de giro = N s / N p

La relación de giro de un transformador elevador es mayor que 1.

Como sabemos, la potencia de entrada y salida de un transformador sigue siendo la misma. Esto implica que el transformador elevador aumenta el voltaje pero también disminuye la corriente del devanado primario al secundario. Por lo tanto, mantiene un poder constante.

El transformador elevador se utiliza principalmente en la transmisión de energía a larga distancia para reducir las pérdidas de línea (I 2 R). Las pérdidas de línea dependen de la corriente, por lo que la disminución de la corriente (al tiempo que aumenta el voltaje) utilizando un transformador elevador reduce la pérdida y proporciona una transmisión de potencia eficiente.

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Un horno de microondas también utiliza un transformador elevador para aumentar el suministro de voltaje doméstico (110/220) en el rango de 2000 voltios.

Transformador reductor

• Los tipos de transformadores de potencia reductores, disminuyen la tensión de CA, es decir, la tensión de salida es inferior a la tensión de entrada. El número de vueltas en el devanado primario es mayor que el número de vueltas en el devanado secundario. La relación de giro de un transformador reductor es inferior a 1. Los transformadores reductores más comunes se utilizan para disminuir el voltaje de 11kv de las líneas eléctricas al voltaje de consumo estándar utilizado para electrodomésticos. Cada cargador de teléfono celular usa un transformador reductor para disminuir el voltaje de suministro doméstico para la rectificación.

4.  Transformadores de potencia basados en su uso:

Existen cuatro tipos de transformadores de potencia según su uso.

Estos transformadores se usan en la transmisión de energía aumentando y reduciendo los voltajes en la planta de generación de energía para una transmisión eficiente. Como sabemos que las pérdidas de línea (I 2 R) dependen de la corriente. Para disminuir la corriente de línea, aumentamos el voltaje de línea usando un transformador de potencia elevador.

Su voltaje de funcionamiento es muy alto, por encima de 33KV con potencias superiores a 200MVA. Son de gran tamaño y operan a una carga máxima con un 100% de eficiencia.

• Transformador de distribución: Estos transformadores de potencia se utilizan para la distribución de electricidad a los usos domésticos o comerciales. Bajan los altos voltajes de línea (> 11Kv) al voltaje doméstico estándar (120/240 voltios). Son de menor tamaño en comparación con el transformador de potencia y son fáciles de instalar. Tienen clasificaciones de baja tensión y potencia generalmente por debajo de 200MVA. Su eficiencia permanece por debajo del 70% porque nunca funcionan a plena carga.
• Transformador de aislamiento: Estos tipos de transformadores de potencia se utilizan para aislar eléctricamente un dispositivo de la red eléctrica con el fin de evitar una descarga eléctrica. Un extremo del primario del transformador de aislamiento está conectado a tierra. En caso de que alguien toque un conductor desnudo en el lado secundario, no habrá flujo de corriente. El circuito está incompleto porque la tierra tendrá el mismo potencial que esa persona.

Los transformadores con relación de giro 1: 1 se utilizan principalmente como transformadores de aislamiento, pero pueden diseñarse como transformadores elevadores o reductores. Están hechos con un material aislante especial entre el devanado que puede soportar altos voltajes de CA y, debido a su acoplamiento capacitivo, bloquea completamente cualquier componente de CC.

Hay un escudo de Faraday conectado a tierra entre los devanados que suprime cualquier ruido o interferencia. Se utilizan para medidas de seguridad para evitar descargas eléctricas o conectar dos circuitos que no deben conectarse eléctricamente.

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Transformadores de instrumentos

Tales tipos de transformadores de potencia se utilizan en la medición de alto voltaje y corriente. Estos transformadores reducen el voltaje y la corriente a un rango seguro, que se mide fácilmente a través de instrumentos de medición típicos. Hay dos tipos de transformadores de instrumentos, es decir, transformador de corriente y transformador de potencial.

El transformador potencial también se conoce como transformador de voltaje. Se utiliza para medir altos voltajes. Para hacerlo, el devanado primario del transformador se conecta a través de las líneas de alta tensión. En el lado secundario, todas las herramientas e instrumentos de medición, como los medidores, están conectados para medir y analizar el nivel de voltaje. El devanado primario está conectado a tierra o tierra donde el transformador potencial aumenta el valor del voltaje a un nivel seguro.

A continuación se muestran los diferentes tipos de transformadores de potencial.

• Electromagnético: transformador de alambre enrollado.
• Transformador de voltaje de condensador (CVT): utiliza un circuito divisor de voltaje de condensador.
• Transformador óptico: basado en la propiedad eléctrica de los materiales ópticos.

El transformador del instrumento aísla el circuito de medición del circuito de alta potencia para reducir el riesgo de recibir una descarga eléctrica.

5.  Transformadores de potencia por devanados

Los transformadores se dividen en tipos según el diseño de sus devanados.

Transformador de dos devanados

• Tal tipo de transformador tiene dos devanados separados para cada fase, es decir, el devanado primario y el devanado secundario. El devanado primario se suministra con la entrada de CA mientras que el secundario está conectado con la carga. Estos dos devanados están aislados eléctricamente pero acoplados magnéticamente.

El EMF inducido en el devanado secundario se debe al cambio del flujo magnético causado por la corriente variable en el devanado primario, también conocido como inducción mutua. Por lo tanto, el voltaje de salida se debe únicamente a la inducción.

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El voltaje de salida depende de la relación de giro de sus dos devanados y puede aumentar o disminuir el voltaje de entrada.

Autotransformador

• Autotransformador tiene solo un devanado por fase, que se divide en dos partes, es decir, devanado primario y secundario. El devanado del autotransformador tiene 3 puntos de derivación, dos de ellos son fijos, mientras que el tercero es un punto de derivación variable. El punto de derivación variable se puede mover para aumentar o disminuir el número de giros secundarios. Aumentando o disminuyendo así el voltaje de salida. Se puede usar en cualquier configuración para aumentar o disminuir la corriente y el voltaje de entrada.

• El voltaje de salida puede disminuir (disminución), si el suministro está conectado a los terminales fijos. En la configuración inversa, es decir, si el suministro está conectado al punto de derivación variable, el voltaje de salida excederá la entrada (aumento).
• El devanado secundario está conectado eléctricamente al primario, por lo que no hay aislamiento eléctrico, pero disminuye el flujo de fuga magnética.
• La EMF en el devanado también se induce debido a la autoinducción. Por lo tanto, el voltaje de salida es el resultado de la conducción y la inducción.

6.  Basado en el aislamiento utilizado

Los transformadores de potencia también basan sus clases según su material de aislamiento:

Transformador de tipo seco

• Este tipo de transformador no contiene ningún sistema de enfriamiento líquido. Los devanados están cubiertos de resina epoxi para protegerlo de la humedad. Entonces, el único medio de enfriamiento es el aire. Como el aire no es un buen aislante, el transformador seco utiliza bobinas grandes y material de bobinado para compensar las altas temperaturas y clasificaciones. Es por eso que los transformadores de tipo seco no están disponibles en la clasificación por encima de 33KV. Debido a un sistema de enfriamiento deficiente, tienden a sobrecalentarse, lo que acorta su vida útil.

Además, para garantizar la circulación del aire, se requiere una inspección regular para mantener sus condiciones de trabajo.

Se usan en el ambiente interior porque son menos peligrosos para incendiarse. Son fáciles de instalar.

Transformador sumergido en aceite

• Este tipo de transformadores utiliza aceite combustible para fines de enfriamiento. El aceite ofrece una mejor refrigeración que el transformador de tipo seco, por lo que se utilizan para transformadores de alta capacidad en entornos exteriores hostiles. La desventaja de este tipo de transformador es que son de gran tamaño debido al tanque de aceite y los sensores necesarios para la inspección de humedad, etc. Contiene aceite inflamable, por lo que no son adecuados para un ambiente interior.

7.  Transformadores de potencia basados en su fase

Todos los distintos tipos de transformadores de potencia se enumeran en clases según su fase:

Transformador monofásico

• El transformador monofásico es un transformador de dos devanados que tiene un devanado primario y un devanado secundario. El transformador se utiliza para aplicaciones monofásicas como horno de microondas, cargador de teléfono celular, etc. Tienen dos terminales de entrada conectados con devanados primarios y dos terminales de salida conectados con el devanado secundario.

Transformador trifásico

• El transformador trifásico tiene 6 devanados, de los cuales 3 son devanados primarios y 3 son devanados secundarios para cada fase. Tiene 12 terminales divididos equitativamente en ambos lados (2 para cada fase) considerando la conexión estrella y triángulo. Puede usar 3 transformadores monofásicos juntos en lugar de un transformador trifásico. Se utilizan para la transmisión y distribución de energía para uso doméstico y comercial.

8.  Basado en el diseño central:

• Basado en el diseño del núcleo, los tipos de transformadores de potencia se dividen en dos tipos: Transformadores tipo núcleo y carcasa.

Transformador de tipo de núcleo

Este tipo de núcleo del transformador está diseñado para tener dos extremidades, cada una de las cuales contiene devanado separado, es decir, devanado primario y secundario. Los devanados cubren la mayor parte del área y rodean el núcleo. El núcleo está hecho de laminaciones en forma de L en una forma casi cuadrada. Su inspección de mantenimiento es conveniente en comparación con el tipo de carcasa debido a sus devanados separados.

Transformador tipo carcasa

Su núcleo está formado por laminación en forma de E & I en forma rectangular con 3 extremidades. Ambos devanados se colocan alrededor de la extremidad central uno encima del otro. El núcleo tipo concha cubre la mayor parte del área y rodea los devanados.

 

Transformador tipo Berry

En realidad es un transformador de tipo carcasa, pero el nombre está relacionado con el diseñador y su forma cilíndrica. El transformador tipo Berry tiene más de dos circuitos magnéticos independientes, es decir, tiene circuitos magnéticos distribuidos. La construcción del núcleo del transformador tipo baya es como los radios de una roncha.