martes, 4 de junio de 2013

Importancia de los transformadores

Gracias a los transformadores se han podido resolver una gran cantidad de problemas eléctricos en los cuales si no fuera por estos seria imposible resolver. Los transformadores de corriente y de voltaje han sido y son el milagro tecnológico por el cual los electrodomésticos, las maquinas industriales, y la distribución de energía eléctrica se a podido usar y distribuir a las diferentes ciudades del mundo, desde las plantas generadoras de electricidad, independientemente de la generadora.

lunes, 3 de junio de 2013

Tipos de transformadores - segun aplicaciones

Según sus aplicaciones

Transformador elevador/reductor de tensión

Un transformador con PCB, como refrigerante en plena calle.

Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. La mayoría de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan. Este es el caso de las fuentes de poder de equipos de audio, video y computación.

Transformadores variables

También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.

Transformador de aislamiento

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1 entre las tensiones del primario y secundario. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red y también para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicinay donde se necesitan tensiones flotantes.

Transformador de alimentación

Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.

Transformador Flyback moderno.

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

Transformador trifásico

Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.

Transformador de pulsos

Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia.

Transformador de línea o Flyback

Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.

Transformador diferencial de variación lineal

El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.

Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.

Transformador con diodo dividido

Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Transformador de impedancia

Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.

Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².

Estabilizador de tensión

Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.

Transformador híbrido o bobina híbrida

Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.

Balun

Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.

Transformador electrónico

Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.

Transformador de frecuencia variable

Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

Transformadores de medida

Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.

domingo, 2 de junio de 2013

Tipos de trasformador - segun construcción

Según su construcción

Pequeño transformador con núcleo toroidal.

Como caracterizar un núcleo toroidal.

Transformador de grano orientado.

Autotransformador

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

Transformador con núcleo toroidal o envolvente

El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Transformador de grano orientado

El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

Transformador de núcleo de aire

En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

Transformador de núcleo envolvente

Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.

Transformador piezoeléctrico

Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de LED y TFT usados en computación y en televisión.

sábado, 1 de junio de 2013

Tipos de transformadores - por número de fases

POR SU NÚMERO DE FASES

Transformadores monofásicos

Los transformadores monofásicos, tanto de columnas como acorazados, se usan en distribución de energía eléctrica, por ejemplo para reducir, en líneas de MT de 13,2 kV a BT, 220V. Se los suele encontrar, de pequeña potencia en soportes de líneas eléctricas rurales. También se los encuentra, en potencias altas, para constituir bancos trifásicos, con tres de ellos, en sistemas de distribución Ejemplos: 10 kVA; 13200/220 V

Transformadores Trifásicos

El trifásico de columnas es el más usado. Se lo encuentra desde pequeñas potencias (10 kVA) hasta muy grandes (150 MVA). Como elevadores de tensión en las centrales, reductores en las subestaciones, de distribución en ciudades, barrios, fábricas, etc.

Transformadores Hexafásicos

El exafásico (6 fases en el secundario) se diferencia, constructivamente, del trifásico, en que tiene una derivación a la mitad de los devanados secundarios, y luego por supuesto, en la conexión entre ellos. Se lo usa para la rectificación industrial y en tracción eléctrica: subterráneos, tranvías, etc. Ejemplo: 13200/580 V.

POR LA FORMA DEL NÚCLEO

Transformador monofásico de columnas

El transformador a columnas posee sus dos bobinados repartidos entre dos columnas del circuito magnético. En la figura se trata de un transformador monofásico dónde el circuito magnético se cierra por las culatas superior e inferior.

Fig. .2. Transformador monofásico a columnas.

Transformador monofásico acorazado

El transformador acorazado se caracteriza por tener dos columnas exteriores, por las que se cierra el circuito magnético, estas dos columnas no poseen ningún devanado. En los Transformadores monofásicos el devanado primario y secundario se agrupan en la columna central y el transformador tiene tres columnas en total.

Fig. .3 Transformador monofásico acorazado.

Transformador trifásico de columnas

Fig. .4. Transformador trifásico de columnas

Fig. .6. Transformador trifásico de 5 columnas

Transformador trifásico acorazado

Fig. .5. Transformador trifásico acorazado

Transformador Hexafásico

Fig. .7. Transformador trifásico-hexafásico

viernes, 31 de mayo de 2013

Comportamiento en corriente continua y alterna

Comportamiento en corriente continua

Una bobina ideal en corriente continua se comporta como un cortocircuito (conductor ideal), ya que al ser i(t) constante, es decir, no varía con el tiempo, no hay autoinducción de ninguna f.e.m.

${v_{L}(t)}={L}\cdot{{di(t)}\over{dt}}={0}\,\!$

Una bobina real en régimen permanente se comporta como una resistencia cuyo valor ${R_{L}}$ (figura 6a) será el de su devanado.

En régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con bobina, suceden fenómenos electromagnéticos que inciden sobre la corriente (ver circuitos serie RL y RC).

Comportamiento en corriente alterna

Figura 4. Diagrama cartesiano de las tensiones y corriente en una bobina.

Al conectar una CA senoidal v(t) a una bobina aparecerá una corriente i(t), también senoidal, esto es, variable, por lo que, como se comentó más arriba, aparecerá una fuerza contraelectromotriz, -e(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v(t). Por tanto, cuando la corriente i(t) aumenta, e t) disminuye para dificultar dicho aumento; análogamente, cuando i(t) disminuye, e(t) aumenta para oponerse a dicha disminución. Esto puede apreciarse en el diagrama de la figura 4. Entre 0º y 90º la curva i(t) es negativa, disminuyendo desde su valor máximo negativo hasta cero, observándose que e(t) va aumentando hasta alcanzar su máximo negativo. Entre 90º y 180º, la corriente aumenta desde cero hasta su valor máximo positivo, mientras e(t) disminuye hasta ser cero. Desde 180º hasta los 360º el razonamiento es similar al anterior.

Figura 5. Diagrama fasorial.

Dado que la tensión aplicada, v(t) es igual a -e(t), o lo que es lo mismo, está desfasada 180º respecto de e(t), resulta que la corriente i(t) queda retrasada 90º respecto de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, una bobina L, como la de la figura 1, a la que se aplica una tensión alterna de valor:

$u(t)=V_0 \cdot \sin(\omega t + \beta),$

Figura 6.: Circuitos equivalentes de una bobina real en CC, a), y en CA, b) y c).

De acuerdo con la ley de Ohm circulará una corriente alterna, retrasada 90º ( $\pi /2$ ) respecto a la tensión aplicada (figura 5), de valor:

$i(t)= {u(t) \over R} = I_0 \cdot \sin(\omega t + \beta - 90^\circ),$

donde $I_0 = {V_0 \over X_L}$ . Si se representa el valor eficaz de la corriente obtenida en forma polar:

$\vec{I} = I_{/\!\!\! \underline{\ \beta - 90^\circ}}$

Y operando matemáticamente:

$\vec{I} = \left ( {V \over X_L} \right )_{/\!\!\! \underline{\ \beta - 90^\circ}} = {V_{/\!\!\! \underline{\ \beta}} \over {X_L}_{/\!\!\! \underline{\ 90^\circ}}}$

Por lo tanto, en los circuitos de CA, una bobina ideal se puede asimilar a una magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria positiva:

$\vec{X_L} = 0 + jX_L = {X_L}_{/\!\!\! \underline{\ 90^\circ}}$

En la bobina real, habrá que tener en cuenta la resistencia de su bobinado, R_L, pudiendo ser su circuito equivalente o modelo, el que aparece en la figura 6b) o 6c) dependiendo del tipo de bobina o frecuencia de funcionamiento, aunque para análisis más precisos pueden utilizarse modelos más complejos que los anteriores.

jueves, 30 de mayo de 2013

El transformador

Transformador

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Funcionamiento

Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro.

miércoles, 29 de mayo de 2013

Tabla de tipos y construccion

En la siguiente tabla se pueden observar los inductores más comunes:

Tipo	Formato	Valores típicos	Aplicaciones
Solenoides:núcleo de aire núcleo de ferrita		1nH a 15mH	generales, filtros,convertidores DC/DC
Toroides		1uH a 30mH	para filtrar transitorios
Encapsulados o moldeados		0.1uH a 1mH	osciladores y filtros
Chips		1nH a 1mH	aplicaciones generales
Ajustables		1nH a 7mH	osciladores y circuitos de RF como transmisores y receptores

3. CONSTRUCCIÓN
A diferencia de lo que ocurre con los resistores y capacitores, la fabricación de inductores es generalmente artesanal.
3.1 Cálculo de solenoides monocapa

0,001 n² D²
L [mH] = l + 0,45 D

donde: n = número de espiras
D = diámetro de la bobina en mm
l = longitud del bobinado en mm

Al emplear la fórmula de Wheeler, la precisión alcanza el 1% para bobinas cuya relación l/D es mayor que 0,4.
Para f hasta 50MHz se emplea hilo de cobre, y para frecuencias superiores cobre plateado. En radiofrecuencia se utiliza el hilo de Litz. El hilo conductor utilizado en la fabricación de inductores debe estar aislado con un barniz aislante o recubierto con un aislamiento plástico para evitar cortocircuitos entre las espiras.
El valor de inductancia depende también de su capacidad distribuida o parásita, la cual puede estimarse de la siguiente manera:

Cp [pF] = K D

donde: D = diámetro de la bobina en mm
K = depende de la relación l/D de la bobina

Algunos valores de K se presentan a continuación:

l/d	0,1	0,3	0,5	0,8	1	2	4	6	8	10	15	20	30
K	0,096	0,06	0,05	0,05	0,046	0,05	0,072	0,092	0,112	0,132	0,186	0,236	0,34

Nótese que K se minimiza (y por lo tanto también se minimiza Cp) para una relación 1 < l/D < 2.
Finalmente el valor de la inductancia se puede conocer aplicando la siguiente fórmula:

                             L
L* [mH] =
                 1 - 10^-6 (2 pi f)² L Cp

donde: L = inductancia calculada [mH]
Cp = Capacidad distribuida de la bobina [pF]
f = frecuencia de trabajo [MHz]

3.2 Cálculo de toroides monocapa

L [mH] = 0.0002 m_rN² h ln (d_ext /d_int)

donde: m_r = permeabilidad relativa del núcleo
N = número de vueltas
h = altura del toroide [mm]
dext = diámetro exterior
dint = diámetro interior

Para simplificar los cálculos, los fabricantes de material magnético toroidal proveen un dato clave: el número "A_L", que en general representa mH cada 1000 espiras o mH cada 100 espiras. De esta manera:
L [mH] = A_L (N/100)²
Los toroides presentan una interesante propiedad: sus líneas de inducción magnética tienden a quedar confinadas en su interior sin llegar a dispersarse por su vecindad como ocurre con los solenoides. Por esto es que se lo conoce como "autoblindado".