¿Alguna vez te has preguntado por qué los transformadores son tan importantes en nuestro día a día? Descubre en este artículo el papel fundamental que juega el fundente en el funcionamiento de estos dispositivos eléctricos y cómo contribuye a garantizar un suministro de energía eficiente y seguro. Conoce todos los detalles sobre el uso y las características de este elemento esencial en la industria eléctrica. ¡No te lo pierdas!
¿Cómo funciona el transformador?
El transformador tiene dos bobinas enrolladas alrededor del núcleo magnético común. Cuando se aplica un voltaje alterno a la bobina primaria, la corriente fluye a través de ella. La corriente que fluye en la bobina primaria produce el flujo magnético.
El flujo magnético producido en la bobina primaria es proporcional a la relación entre el voltaje aplicado y la frecuencia. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, la EMF se induce en el primario y según la ley de Lenz, la EMF inducida siempre se opone a la corriente primaria que es responsable de engendrar la EMF.
El voltaje inducido en la bobina se puede expresar mediante la siguiente expresión matemática.
E= 4,44 Φf N
Dónde,
E = FEM inducida en la bobina primaria
Φ = El flujo magnético
f = frecuencia
N = Vueltas /Fase
El flujo viaja a través del núcleo magnético y se conecta a la bobina secundaria. Prácticamente, todo el flujo producido en el primario no enlaza con el secundario. Algunas partes de los enlaces de flujo magnético a la bobina primaria y otras partes del transformador. El flujo que no se une a las bobinas primaria y secundaria se conoce como flujo de fuga. Las pérdidas en el transformador aumentan con el aumento del flujo de fuga. El flujo útil que se une a la bobina secundaria induce un voltaje en el secundario de acuerdo con la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday. El voltaje inducido en la bobina secundaria es
Es= -N dΦ/dt
El voltaje secundario permanece constante si la tasa de cambio del flujo es constante. Es deseable que el flujo en el transformador permanezca constante.
La densidad de flujo del núcleo CRGO:
El diseñador del transformador primero verifica la densidad de flujo nominal del núcleo de grano orientado (CRGO) enrollado y enrollado. La densidad de flujo máxima del núcleo CRGO es de aproximadamente 1,9 Tesla. Si la densidad de flujo del transformador es superior a 1,9 Tesla, el núcleo del transformador se satura y provocará una falla en el aislamiento del núcleo laminado. La densidad de flujo máxima diseñada del núcleo debe estar por debajo de la densidad de flujo nominal máxima del núcleo. El núcleo no debe saturarse en ningún caso. La curva de magnetización de los diferentes materiales se muestra a continuación.
La densidad de flujo del núcleo se puede controlar durante la etapa de diseño del transformador. La densidad de flujo del núcleo se puede controlar ajustando el área de la sección transversal del núcleo durante el diseño del transformador. El flujo a través del núcleo es el producto de la densidad de flujo y el área de la sección transversal del núcleo (Φ=B*A). La densidad de flujo del núcleo se puede reducir aumentando el área de la sección transversal del núcleo.
El voltaje inducido en el primario cuando se aplica el voltaje sinusoidal es
E=4,44 ΦfN
Φ=E/4.44f N
El Número de vueltas en el primario es constante para un transformador dado
Φ=K* E/f
El voltaje inducido es aproximadamente proporcional al voltaje aplicado si se ignora la impedancia primaria.
Φ=K*V/f ———-(1)
La densidad de flujo en el núcleo del núcleo es la siguiente.
B=Φ / A
Donde A es el área de la sección transversal del núcleo que también es constante.
B=K/A*V/f
B=K1*V/f ———–(2)
B ∝ V/f
Por tanto, la densidad de flujo en el núcleo es directamente proporcional a la relación V/f si se fija el número de vueltas del primario. Para el transformador del cambiador de tomas bajo carga, el número de vueltas no es fijo, sino que cambia de acuerdo con el requisito de voltaje de salida, por lo que también analizaremos la densidad de flujo en el núcleo con el cambiador de tomas que no está en la posición de toma central.
El sobreflujo en el transformador ocurre con un aumento en el voltaje de suministro o una disminución de la frecuencia de suministro. Si el transformador tiene cambiador de tomas y se reduce el número de vueltas para aumentar el voltaje secundario, aumentará la densidad de flujo en el núcleo. El diseñador siempre toma el margen de aumento en el flujo debido a la operación del cambiador de tomas. Además, el margen de aumento permisible de voltaje y decrementos de frecuencia se tiene en cuenta al diseñar el transformador.
Razones para el transformador Over funding:
- El aumento de la tensión de alimentación debido a la carga repentina.
- El voltaje del extremo de recepción puede ser mayor que el voltaje del extremo de envío debido al efecto Ferranti si la línea está ligeramente cargada.
- Los transitorios y sobreimpulsos en la red eléctrica
¿Por qué es importante mantener el flujo constante en el núcleo?
La densidad de flujo máxima nominal del núcleo CRGO es de 1,9 Tesla. El núcleo del transformador se satura si la densidad de flujo es superior a 1,9 Tesla. El transformador está diseñado con una densidad de flujo de 1,73 Tesla para tener un margen del 10 % en la densidad de flujo. Si la densidad de flujo en el núcleo es inferior a 1,9, el flujo está confinado en el núcleo porque la permeabilidad del núcleo es mayor que la permeabilidad de los materiales circundantes.
¿Qué sucede si la densidad de flujo en el núcleo supera el punto de saturación del núcleo CRGO?
El flujo permanece confinado en el núcleo si la densidad de flujo está por debajo de la densidad de flujo nominal del núcleo. Si la densidad de flujo supera la densidad de flujo nominal máxima, el flujo comienza a vincularse a otras partes del transformador a través del aire. Más allá del punto de saturación, la densidad de flujo del núcleo se vuelve constante y el flujo adicional comienza a unirse a las partes de acero e induce la corriente de Foucault en los bucles. La corriente de Foucault calienta las partes estructurales y elevará la temperatura del núcleo. El núcleo del transformador puede dañarse si se permite el exceso de flujo durante un período más largo.
Además, si el núcleo del transformador está sobreexcitado, opera en la región no lineal de la curva BH. La corriente de excitación deja de ser sinusoidal y genera armónicos. Los armónicos de quinto orden se producen cuando el núcleo del transformador se satura.
La corriente de mayor frecuencia tiende a fluir en la superficie exterior del conductor del devanado debido al efecto pelicular. El área efectiva del conductor se reduce y su resistencia aumenta. Todo esto provoca una mayor pérdida de I^2*R y provoca una pérdida de calor adicional en el devanado. Además, la corriente de mayor frecuencia provoca un aumento de la temperatura del núcleo del transformador debido a la corriente de Foucault, ya que la pérdida de corriente de Foucault es proporcional al cuadrado de la frecuencia. Si el transformador funciona con un exceso de fundente durante un período de tiempo más prolongado, es probable que falle el aislamiento de estampado laminado. Por lo tanto, el transformador no debe funcionar con sobreflujo.
El sobreflujo en el transformador se puede juzgar inspeccionando el transformador durante el mantenimiento. El sobreflujo provoca un aumento de la temperatura del núcleo, el devanado y las partes del transformador. El aumento de temperatura afecta negativamente la vida útil del transformador. Las propiedades del aceite del transformador cambian con el aumento de la temperatura. El análisis de gases disueltos (DGA) debe realizarse una vez al año para verificar la salud del transformador. El calentamiento causa decoloración de la pintura del tanque, material carbonizado en el aceite del transformador, decoloración del aislamiento del devanado y formación de ampollas en la pintura.
Densidad de flujo admisible:
La densidad de flujo de saturación del núcleo orientado a grano laminado en espiral (CRGO) es de 1,9 Tesla. Según la práctica de diseño actual, el valor nominal máximo de la densidad de flujo se mantiene en aproximadamente 1,7 Tesla, que es aproximadamente 0,9 veces el valor nominal. El margen de diseño del 10 % en la densidad de flujo se mantiene para tener en cuenta el aumento de la densidad de flujo con un aumento en el voltaje del sistema o con una disminución en la frecuencia del sistema y la constante térmica de tiempo de las partes calentadas del transformador.
El sobreflujo máximo en el transformador no debe exceder el 110%. el transformador puede funcionar continuamente al 110 % de la densidad de flujo diseñada. Sin embargo, se puede permitir el funcionamiento del transformador por encima del 110 % y hasta el 130 % de la densidad de flujo durante un período de tiempo más corto. Si la densidad de flujo aumenta al 140 %, el transformador debe dispararse instantáneamente para evitar daños permanentes.
La siguiente tabla muestra el sobreflujo permisible del transformador.
| Sobre fundente (V/f) | 1.1 | 1.2 | 1.25 | 1.3 | 1.4 |
| Duración (Minutos) | Continuo | 2 | 1 | 0.5 | 0 |
El relé de protección contra sobreflujo se utiliza para disparar el interruptor del transformador en condiciones de sobreflujo.
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