Resumen Tema 5 Montaje Y Ensayo De Transformadores PDF

TEMA 5 MONTAJE Y ENSAYO DE TRANSFORMADORES ========================================== 1. Materiales constructivos de los transformadores -------------------------------------------------- Un Transformador está compuesto de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Los materiales que se deb...

TEMA 5 MONTAJE Y ENSAYO DE TRANSFORMADORES ========================================== 1. Materiales constructivos de los transformadores -------------------------------------------------- Un Transformador está compuesto de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Los materiales que se deben tener en cuenta a la hora de construir un transformador, son: Circuito magnético: La chapa que lo compone. Circuitos eléctricos: Carretes, terminales, aislantes, hilos esmaltados, barnices, etc. ### 1.1. Circuito magnético El núcleo del transformador está formado por chapas magnéticas, donde se generan las pérdidas en el hierro debido a la agrupación de estas chapas. Para optimizar el rendimiento del transformador, es crucial seleccionar adecuadamente los materiales del núcleo. Las principales pérdidas son: 1. **Corriente de Foucault**: Se producen corrientes parásitas en las chapas debido al campo magnético, lo que causa calentamiento y pérdidas por efecto Joule. 2. **Ciclo de histéresis**: La inversión constante de la polaridad de la corriente alterna genera pérdidas de potencia al requerir energía de la fuente de alimentación. Para mitigar estas pérdidas, el núcleo se construye apilando chapas magnéticas delgadas, aisladas mediante un tratamiento químico llamado Carlite, que previene el contacto directo entre ellas. Las chapas pueden ser de grano orientado, que mejoran la permeabilidad magnética, o de grano no orientado, que son más económicas pero menos eficientes ,. ### 1.2. Circuito eléctrico Los devanados primario y secundario de un transformador tienen funciones y estructuras similares, compuestos por varios materiales clave: 1. **Hilo esmaltado**: Utilizado en transformadores de baja potencia; en alta potencia, se prefieren pletinas de cobre o aluminio aisladas con esmalte. 2. **Carrete**: Fabricado en plástico resistente a temperaturas de hasta 60 °C, permite el paso del hilo esmaltado. 3. **Terminales**: Bornes que conectan los devanados con el mismo sentido de corriente, conocidos como homólogos. 4. **Entrecapas**: Papel presspan delgado que aísla las espiras y previene cortocircuitos entre devanados. 5. **Cinta de algodón**: Cubre el bobinado, proporcionando rigidez y absorbiendo el barniz de acabado. 6. **Barniz**: Líquido que se aplica al bobinado, formando una capa protectora contra humedad y contactos eléctricos al secarse. 7. **Tubo aislante**: Proporciona aislamiento entre el conductor y la conexión exterior, fabricado en poliéster o fibra de vidrio, disponible en varios diámetros ,. **2. Valores característicos** A la hora de construir, montar y ensayar transformadores eléctricos, se deben tener en cuenta sus características, siendo estas las siguientes: - **Tensiones**: Tanto en el devanado primario como en el secundario. » V~1~: Tensión (V) con la que se alimenta el devanado primario del transformador. »V~2~: Tensión (V) que se obtiene en los bornes del secundario tras realizar la transformación. » **Caída de tensión:** Se refiere a la diferencia de tensión que suministra el devanado secundario del transformador en comparación con la tensión que debería suministrar cuando se conecta una carga a su máxima potencia. - **Intensidades**: Tanto en el devanado primario como en el secundario. Las corrientes máximas vendrán definidas según la potencia del transformador. » I~1~: Corriente (A) que circula por el devanado primario. » I~2~: Corriente (A) que circula por el devanado secundario. - **Frecuencia (F):** En hercios, de la red de alimentación. - **Potencia aparente (S):** Que se expresa en voltamperios (VA), y resulta de la multiplicación de la tensión y la corriente máxima que circula por el secundario. Esta potencia corresponde al transformador ideal, debido a que no se tiene en consideración las pérdidas en el hierro y en el cobre. - **Densidad de corriente (J):** Es una medida de la cantidad de corriente eléctrica que circula por unidad de superficie y se expresa en amperios por milímetro cuadrado (A/mm²). La densidad de corriente se estima en función de la potencia del transformador. En la tabla inferior, se muestran valores de densidades de corriente en conductor de cobre - **Rendimiento: El transformador posee un alto rendimiento (por encima del 90%). Como hemos visto en temas anteriores, en los transformadores se producen una serie de pérdidas (en el hierro y cobre) que hacen que la potencia calculada previamente no se corresponda con la potencia de dicho transformador, cuando se conecta a plena carga** **Se expresa en porcentaje y se calcula como el cociente entre la potencia activa en el secundario y la potencia activa en el primario, multiplicado por 100.** 3. Operaciones analíticas para la construcción de transformadores de pequeña potencia ------------------------------------------------------------------------------------- Los transformadores disponen de rendimiento muy elevado, y aunque dicho rendimiento no sea tan alto en la pequeña potencia (10 VA \< P \< 3.500 VA), puede considerarse que la potencia en el devanado primario es igual a la del devanado secundario(P1-P2). Las necesidades para el cálculo de un transformador son: Up : Tensión en el primario. U s: Tensión en el secundario. P: Potencia necesaria. ### 3.1 Sección del núcleo - Sn: Sección del núcleo en cm2 - P: Potencia aparente en VA (voltio-amperios). - a: Coeficiente que depende de la calidad de las chapas. El resultado que se obtiene es la sección neta del núcleo, por lo que no debe ser inferior, debido a que si se disminuye, desencadenaría calentamientos desmesurados en el hierro. ### 3.2 Número de espiras La fuerza electromotriz (f.e.m.) que genera un bobinado que se encuentra en valor eficaz es: - 4,44: Es una constante - ϕ = β x S: Es el flujo magnético expresado en weber. » β: Valor de la inducción (depende del tipo de chapa y su valor lo facilita el fabricante). » S: Superficie sobre la que actúa. - f: Frecuencia en Hz. - Ns: Número de espiras que se necesitan. - E: Fuerza electromotriz en V. Igualando la fuerza electromotriz E a 1 V, conoceremos el número de espiras para generar 1 V: El cálculo del número de espiras debe realizarse tanto para el bobinado primario como para el secundario. Se puede utilizar la fórmula de la relación de transformación si una vez conocido el valor de uno, se quiere despejar el otro. ### 3.3 Diámetro de los conductores de los devanados Este dimensionado depende de la intensidad nominal, que a su vez está sujeta a la potencia del transformador y la tensión del devanado. Monofásicos: P - U x I Trifásicos: P = U x I x √3 Dividiendo las intensidades por la densidad de corriente admisible para cada gama de potencias, la sección para cada devanado es: 4. Proceso de construcción de un transformador monofásico de pequeña potencia ----------------------------------------------------------------------------- Cuando se construye un transformador, es importante comenzar identificando una necesidad particular, que se determina a partir de la medición de la tensión de la red eléctrica y la corriente y el voltaje deseados para el secundario. ### 4.1 Cálculos Para aclarar cómo se desarrollan los cálculos, veamos el siguiente ejemplo para un transformador monofásico, con los siguientes datos de partida: Lo primero que debemos hacer es calcular la sección del núcleo En segundo lugar, calculamos el número de espiras por voltio. En tercer lugar, se calcula la intensidad que circula por el circuito primario Finalmente, se calculan las secciones de los conductores a poner en las bobinas, así como los diámetros de hilos correspondientes para el primario y el secundario: ### 4.2 Proceso de montaje El montaje de un transformador comienza con la determinación de los datos necesarios, seguido de varios pasos clave: 1. **Cálculo del número de chapas**: Se utilizan dimensiones de chapa definidas en catálogo para calcular cuántas chapas son necesarias para formar la sección determinada. Por ejemplo, para una sección neta de 8,5 cm² y un grosor de chapa de 0,8 mm, se calcula el número total de chapas requeridas, considerando el espacio que ocupará el barniz. 2. **Bobinado de los circuitos**: Se realiza el bobinado del devanado primario y secundario, colocando hilo de cobre alrededor del carrete con un aislante entre capas. Después de soldar los extremos a conductores adecuados, se cubren con material aislante. 3. **Montaje del núcleo**: Una vez completado el bobinado, se monta el núcleo del transformador utilizando el número total de chapas calculadas. 4. **Ensayos y barnizado**: Antes de cerrar la carcasa, se realizan pruebas de continuidad y aislamiento. Luego, el transformador se seca en una estufa y se impregna con barniz, que puede ser de secado al aire si se prefiere ,. 5. Técnicas de mantenimiento, diagnóstico y reparación de transformadores ------------------------------------------------------------------------- ### 5.1 Mantenimiento preventivo y diagnósticos Se puede dividir este mantenimiento según el tipo de transformador: ** En aceite:** El mantenimiento de estos debe realizarse con una periodicidad de 2 años. Se deben realizar los siguientes pasos: » Desconectar el transformador, cortocircuitando los bornes y poniéndolos a tierra. » Revisar y apretar tornillos y conexionados (según especificaciones de fabricante). » Revisión del estado de pintura. » Limpiado de partes que se encuentren accesibles. » Revisar el estado del aceite. » Mediciones de continuidad y aislamiento. » Revisión del control de carga. ** Secos:** El mantenimiento de este tipo de transformador es muy reducido con respecto a los de aceite. Su periodicidad varía en función del entorno donde se encuentre instalado, pudiendo realizar dos veces al año, una o cada dos años. Se han de llevar a cabo los siguientes pasos: » Limpieza del polvo de bobinas mediante aire comprimido y trapos secos. » Comprobación de correcta unión de cables y conexiones. » Comprobación de la correcta sujeción de la estructura. » En caso de humedad, proceder al secado y control posterior del valor de resistencia. » Mediciones de continuidad y aislamiento. ### 5.2 Mantenimiento correctivo y reparaciones Los defectos más usuales que pueden darse en un transformador se citan en los siguientes puntos, así como las reparaciones principales en caso de que ocurran esos fallos o averías: Deterioro del aceite que aísla el trafo. Fallos o errores en accesorios. Defectos en devanados. Conexiones aflojadas. Sobretensiones. 6. Normas de seguridad en la construcción y mantenimiento de transformadores de pequeña escala ---------------------------------------------------------------------------------------------- La normativa de seguridad para la fabricación de transformadores se basa en reglamentos específicos, como el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión o el de Alta Tensión, dependiendo del tamaño de la máquina. Además, se deben seguir las normativas de seguridad y salud laboral aplicables en cada lugar de trabajo. Para evitar accidentes durante la fabricación de transformadores pequeños, es crucial mantener limpieza y orden en el taller, manipular correctamente las herramientas, utilizar protección adecuada para herramientas eléctricas, y emplear equipo de protección personal como gafas de seguridad, guantes y vestimenta adecuada (batas, monos y zapatos de seguridad).