El núcleo del transformador es el corazón que da vida a este dispositivo esencial en la transmisión de energía eléctrica. Sin embargo, su importancia y funcionamiento suelen ser desconocidos para muchos. En este artículo, exploraremos todo lo que necesitas saber sobre el núcleo del transformador: desde su construcción y trabajo, hasta las pérdidas asociadas. ¡Prepárate para sumergirte en el fascinante mundo de la ingeniería eléctrica!
En este artículo, discutiremos la definición, el objetivo, la construcción y las pérdidas de un núcleo del transformador. Entonces, comencemos con la definición básica del núcleo del transformador.
¿Qué es el Núcleo del Transformador?
A núcleo del transformador es un bloque de hierro que actúa como un camino para el flujo de flujo magnético. Así, el núcleo del transformador forma el circuito magnético del transformador. Se utiliza para confinar el flujo magnético a un camino definido.
El núcleo del transformador actúa como alojamiento para los devanados primario y secundario del transformador, además de proporcionar un camino para el flujo magnético.
¿Cuál es el propósito del núcleo del transformador?
Como sabemos, un transformador trabaja en el principio de inductancia mutua. De acuerdo con este principio, el flujo magnético producido por un devanado (devanado primario) se vincula con otro devanado (devanado secundario) para producir una tensión o corriente transformada. Estos dos devanados están aislados eléctricamente y acoplados magnéticamente entre sí.
También se sabe que la oposición en el flujo del flujo magnético se denomina reluctancia magnética. Así, en el caso de un transformador, si el flujo magnético producido por el devanado primario se hace pasar a través del aire o cualquier otro material no ferroso para llegar al devanado secundario. Provocará una reducción en la cantidad de flujo magnético debido a la alta reticencia del aire o del material no ferroso.
Por lo tanto, debemos proporcionar un medio adecuado entre los devanados primario y secundario del transformador, de modo que se pueda minimizar la pérdida en el flujo magnético. Para ello, se utiliza un núcleo magnético compuesto normalmente por acero al silicio de alta calidad. Este núcleo magnético reduce las pérdidas magnéticas y transporta una cantidad relativamente mayor de flujo magnético del primario al secundario. Esta práctica aumenta la eficiencia general del transformador.
Construcción del Núcleo del Transformador
El núcleo del transformador está hecho de láminas delgadas de acero al silicio de alto grado. Las láminas laminadas se utilizan para reducir la pérdida por corrientes de Foucault en el núcleo. El acero al silicio reduce la pérdida por histéresis en el núcleo.
Se utilizan los siguientes dos tipos de construcciones de núcleo de transformador:
- Construcción tipo núcleo
- Construcción tipo concha
Discutamos cada uno de estos dos tipos de construcciones de núcleo de transformador individualmente.
(1). Construcción tipo núcleo del núcleo del transformador
En la construcción tipo núcleo, el núcleo del transformador consta de dos ramas verticales y dos yugos horizontales. En esta construcción de núcleo, el devanado primario se coloca en una rama y el devanado secundario en la otra rama. Cuando se conecta un voltaje de CA de entrada al devanado primario, se establece un flujo magnético en el núcleo. Este flujo viaja al devanado secundario a través del núcleo magnético.
En la construcción tipo núcleo del núcleo del transformador, se utilizan laminaciones en forma de U e I. Donde las laminaciones en forma de U primero se apilan juntas para la longitud deseada. Los devanados primario y secundario se colocan alrededor de las extremidades. Luego, el núcleo se cierra con la laminación en forma de I en la parte superior, como se muestra en la figura 1.
(2). Construcción tipo carcasa del núcleo del transformador
En la construcción tipo coraza del núcleo del transformador, las tres ramas verticales se proporcionan junto con las dos secciones horizontales. Tanto el devanado primario como el secundario se colocan en la rama central, mientras que las dos ramas exteriores actúan como el camino para el flujo de flujo magnético.
En el caso de la construcción tipo concha, hay dos tipos de formas de laminación disponibles:
- Laminaciones en forma de U y T – En este tipo de laminaciones, el ala central se construye en forma de estructura en forma de T. Los devanados primario y secundario se colocan en la rama central. Luego, la estructura en forma de T se cierra con las láminas en forma de U en la parte superior, como se muestra en la Figura 2.
- Laminaciones en forma de E e I – El núcleo del transformador tipo coraza también se puede construir usando laminaciones en forma de E e I. En este tipo de construcción de núcleo, las láminas en forma de E se apilan juntas. Los devanados primario y secundario se colocan alrededor de la rama central. Luego, el núcleo se cierra con láminas en forma de I en la parte superior, como se muestra en la figura 3.
Pérdidas en el núcleo del transformador
Durante la operación del transformador, el núcleo del transformador está sujeto al flujo magnético alterno. Este flujo magnético cambiante provoca dos tipos de pérdidas de hierro en el núcleo, que son:
- Pérdida de histéresis
- Pérdida de corrientes de Foucault
Discutamos el pérdida por histéresis y pérdida por corrientes de Foucault que ocurre en el núcleo del transformador en detalle.
(1). Pérdida de histéresis
La pérdida de potencia que ocurre en el núcleo del transformador debido a la inversión magnética (o fricción del dominio magnético) se conoce como pérdida de histéresis. La pérdida por histéresis en el núcleo de un transformador se determina utilizando la siguiente fórmula empírica.
Dónde η es el coeficiente de histéresis, F es la frecuencia del flujo alterno, Bmetro es la densidad de flujo máxima en el núcleo, y V es el volumen del núcleo.
La pérdida por histéresis en el transformador se puede reducir utilizando un núcleo de alta permeabilidad como el acero al silicio.
(2). Pérdida de corrientes de Foucault
Cuando el flujo magnético alterno se vincula con el núcleo de hierro del transformador, se induce una fem debido a la inducción electromagnética en el núcleo. Esta fem hace que circulen corrientes en el núcleo del transformador. Estas corrientes circulantes se conocen como corrientes de Foucault y provocan pérdidas de potencia en el núcleo debido a la resistencia eléctrica del material del núcleo. La pérdida por corrientes de Foucault en un transformador se determina utilizando la siguiente fórmula.
Dónde, kmi es el coeficiente de corriente de Foucault, y t es el espesor de cada laminación del núcleo.
Podemos reducir la pérdida por corrientes de Foucault en el núcleo del transformador usando un núcleo laminado en lugar de un núcleo de hierro sólido. El contenido de silicio del acero reduce aún más la pérdida por corrientes de Foucault al aumentar la resistencia del núcleo.
Por lo tanto, se trata del núcleo del transformador, su construcción y sus pérdidas. La discusión anterior muestra que el núcleo magnético es una parte importante del transformador que aumenta la eficiencia de la máquina.