Tipos de transformadores

 

Introducción

Generalmente, un transformador es un dispositivo eléctrico o una máquina que transfiere inductivamente la energía eléctrica que opera a una corriente y voltaje particular de un circuito al otro circuito que está operando a diferentes niveles de corriente y voltaje. La mayoría de los transformadores se fabrican de manera que sus características deben coincidir con los requisitos de aplicaciones especiales, tales como corriente constante, voltaje constante, mayor impedancia, etc.

Los tipos más comunes de transformadores que se encuentran en sistemas de transmisión eléctrica, industrias y aplicaciones electrónicas incluyen transformadores de potencia, transformadores de medida, transformadores de cambio de tomas, auto transformadores, transformadores de RF, transformadores de audio, etc. Todos ellos son de diferentes tamaños, clasificaciones y forma entre sí, pero el principio básico de funcionamiento de todos estos son los mismos. Los diversos tipos de transformadores se tratan en este artículo, así que échele un vistazo.

 

Transformador de potencia

Algunos de los transformadores de potencia se utilizan en las estaciones de generación, subestaciones y líneas de transmisión de potencia para reducir o aumentar la tensión. Al usar un transformador de potencia de aumento, el nivel de voltaje en la línea de transmisión aumenta, por lo tanto, baja corriente fluye a través de la línea. Por lo tanto, las pérdidas de I2R en las líneas de transmisión se reducen. Los transformadores de potencia reductores se utilizan para suministrar cargas en industrias a sus voltajes nominales.

Algunos de los transformadores de potencia también suministran energía a los circuitos electrónicos. El transformador de potencia puede ser unidades simples o trifásicas en función de la aplicación para la que se emplea. Con respecto a las características únicas del transformador de cambio de tomas, el auto transformador y los transformadores de distribución generalmente pertenecen a la familia de transformadores de potencia. Algunos transformadores de potencia se analizan a continuación.

Transformador tipo núcleo laminado

Estos son los transformadores utilizados más comúnmente y están disponibles de milivatios a un rango de megavatios. Estos tipos de transformadores se utilizan en la transmisión de energía eléctrica y también en electrodomésticos para suministrar baja tensión. Este transformador consiste en un núcleo laminado para reducir las corrientes parásitas. Un núcleo de acero delgado o CRGO o CRNGO ‘E’ e ‘I’ laminaciones se utilizan para transformadores de baja y alta potencia que pueden ser transformadores de una o tres fases. Estas laminaciones se sujetan con pernos. Tanto los devanados primarios como los secundarios se enrollan en una primera y se colocan alrededor de la rama central del núcleo. Estos transformadores usan bobina dividida para proporcionar un alto aislamiento entre los devanados para pequeños electrodomésticos. Entre el primario y el secundario, los escudos pueden usarse para reducir la interferencia electromagnética.

power-transformer-construction

Transformadores de núcleo toroidales

Este tipo de transformador ofrece muchas ventajas sobre el transformador de núcleo laminado que proporciona un funcionamiento bastante eficiente con campos magnéticos perdidos o externos. Debido a su menor peso y tamaño pequeño, estos se diseñan fácilmente para cualquier aplicación que opere a baja o alta tensión. Se usa un núcleo en forma de rosquilla altamente eficiente que está hecho de hierro de silicio orientado a grano y se corta para formar una cinta de acero. Este núcleo está envuelto además por bobinados de cobre como un resorte de reloj muy apretado. En comparación con el transformador de núcleo laminado EI, los transformadores de núcleo toroidal son más caros. Sin embargo, para una clasificación dada, un transformador toroidal será más pequeño y más ligero en comparación con el transformador de tipo EI laminado. Además, proporciona menos fugas de campo magnético y una mayor eficiencia. Estos están disponibles desde unas pocas decenas de VA hasta miles de VA. En su mayoría, vienen con un centro de montaje único por un perno con arandelas y almohadillas de goma.

 

Transformadores toroidales

Transformador automático

Los transformadores automáticos son diferentes de los transformadores de bobinado estándar de dos o tres, ya que solo contienen un único bobinado que actúa como primario y secundario. En esto, la parte de este devanado individual es común tanto para el primario como para el secundario y, por lo tanto, estos están conectados eléctricamente (dos devanados están aislados eléctricamente en el caso del transformador tradicional). Entonces este transformador funciona tanto en la conducción como en la inducción. En esto, un núcleo laminado es enrollado por un único devanado y parte de este devanado se divide en primario y secundario.

Estos se clasifican en auto transformador elevador y reductor. En el auto transformador reductor, el devanado completo actúa como primario y la parte de él actúa como secundario y, por lo tanto, el voltaje inducido en el secundario es bajo en comparación con el primario. Por otro lado, el reverso será el caso para un transformador elevador. Los transformadores de potencia trifásicos se utilizan en los sistemas de distribución de potencia que pueden ser transformadores automáticos conectados estrella o delta. Pero la mayoría de los transformadores automáticos conectados en estrella se usan para aplicaciones de alta potencia.

Los transformadores automáticos variables vienen con tomas de número en bobinado único y conexión secundaria con un cepillo de carbón deslizante. Por lo tanto, al deslizar la tensión variable de la escobilla de carbón se produce en la secundaria, que es igual a la relación de espiras entre todo el bobinado y el roscado.

Los transformadores automáticos se utilizan como estatores para el arranque seguro de varias máquinas eléctricas como motores sincrónicos, motores de inducción, etc. Y estos también se usan como transformadores y amplificadores de hornos.

Auto Transformer

Poly Phase Transformer

Este tipo de transformador se utiliza comúnmente para sistemas eléctricos trifásicos tales como redes eléctricas y líneas de transmisión que transfieren grandes cantidades de altos voltajes. Estos son los más económicos debido al uso generalizado de sistemas trifásicos de generación, transmisión, distribución y utilización de CA. Este tipo de transformador consiste en tres devanados que se enrollan alrededor de un núcleo de tres patas y se sumergen en un tanque. Estos devanados primario y secundario se pueden conectar en una combinación diferente de las conexiones tales como estrella-estrella, estrella-delta, delta-delta y estrella-delta. Estos pueden ser transformadores trifásicos de subida o bajada que dependen de la aplicación o carga. Debido al núcleo común para todos los devanados, menor será el flujo magnético de fuga y, por lo tanto, la eficiencia del transformador es alta.

 

Transformador polifásico

Transformadores enfriados por aceite

Transformadores enfriados por aceite son transformadores de potencia grandes utilizados en varias unidades que van desde grandes generadores estación o unidades de subestación a unidades de distribución de energía. Estos transformadores están llenos de aceite de transformador estándar (o aceite mineral) para proporcionar refrigeración y aislamiento a los devanados y al núcleo. En los transformadores enfriados por aceite, el núcleo y las bobinas están sumergidos o sumergidos en el líquido o aceite. En comparación con los transformadores enfriados por aire, el aceite proporciona un mejor aislamiento y actúa como un mejor conductor de calor. Estos tipos incluyen

• Transformadores refrigerados por inmersión en aceite

En este tipo, el calor generado por el núcleo y los devanados pasan al aceite por proceso de conducción. Cuando el calor del petróleo aumenta debido a la temperatura del núcleo y del devanado, el aceite comienza a moverse dentro del tanque y llega a sus paredes, donde el aire ambiental absorbe este calor naturalmente. Este aceite continúa circulando y por lo tanto disipa el calor en la atmósfera.

• Transformadores refrigerados por aire forzado sumergidos en aceite

En este tipo de método de enfriamiento, la disipación de calor es mejorado al dirigir el aire forzado en la superficie externa del transformador usando ventiladores. Estos ventiladores funcionan automáticamente cuando la temperatura alcanza un cierto nivel.

• Transformadores refrigerados por agua sumergidos en aceite.

En este tipo, el calor se extrae o se disipa mediante medios de agua forzada bombeados a través de las bobinas sumergidas en el aceite justo debajo de la parte superior del tanque. Esta agua se enfría más en intercambiadores de calor o estanques de aspersión o torres de enfriamiento.

• Transformadores refrigerados por aceite forzado sumergidos en aceite.

En este tipo, calor se extrae haciendo circular el aceite forzado con la bomba. El aceite se bombea hacia arriba a los devanados y luego hacia atrás por medio de radiadores externos de manera que el calor se disipa por el aire forzado de los ventiladores en los radiadores externos. Este tipo de enfriamiento se usa para transformadores de muy alta capacidad y en tales casos se usa un radiador de enfriamiento por aire.

Transformadores refrigerados por aceite

Transformadores de puesta a tierra

Estos se utilizan para crear una ruta de tierra para sistemas conectados en estrella o sin conexión a tierra o conectados en estrella. Este transformador proporciona una ruta de baja impedancia al suelo y, por lo tanto, el sistema se mantiene a un potencial neutro o de tierra o cero. Cuando se produce una falla de una sola línea a tierra en un sistema aislado o sin conexión a tierra, no existe una ruta de retorno para la corriente de falla. Por lo tanto, no fluye corriente a través de la línea defectuosa, pero esto hace que aumente el voltaje en las otras dos líneas. Esto resulta en una sobrecarga del aislamiento del transformador y en otros componentes. Por lo tanto, un transformador de puesta a tierra proporciona una ruta a tierra para evitar esto.

Lo más común es que sean transformadores de bobina única con configuración en zigzag y en algunos casos se incorporan con una configuración especial estrella-triángulo. La conexión en estrella del primario está conectada al sistema de suministro y el secundario delta conectado permanece descargado. Para un transformador de puesta a tierra, la carga en el secundario es poco tiempo, es decir, en caso de falla, por lo tanto, las capacidades nominales del transformador de puesta a tierra son menores en comparación con los transformadores de potencia. Estos están diseñados para transportar la carga y si una de las líneas se pone a tierra, suministra la corriente a la carga. Debido a esto, el tamaño y el costo del transformador de puesta a tierra son menores en comparación con el transformador de potencia de servicio continuo. Estos se utilizan principalmente en sistemas de transmisión eléctrica, servicios públicos e industriales.

Transformadores de fuga

Están diseñados de tal manera que tienen una gran inductancia de fuga en comparación con otros transformadores aglutinantes primarios y secundarios bobinados. Estos también se llaman transformadores de campo de dispersión. Debido a este acoplamiento flojo entre los devanados primario y secundario, proporciona una limitación de corriente inherente que ayuda a evitar las sobrecargas. Por lo tanto, en todas las condiciones de funcionamiento o incluso en cortocircuito de secundario, las corrientes de entrada y salida son lo suficientemente bajas como para evitar las condiciones de sobrecarga térmica. Este tipo de transformadores se utiliza principalmente como transformadores de soldadura en soldadura por arco, en tales casos las corrientes de cortocircuito se producen si el electrodo entra en contacto con el trabajo. Pero, debido a la alta inductancia de fuga, estas corrientes son limitadas. Otras aplicaciones de estos transformadores incluyen lámparas de descarga de alto voltaje y aplicaciones de voltaje muy bajo donde se esperan condiciones frecuentes de cortocircuito, como juguetes para niños e instalaciones de timbre de puerta.

Transformador resonante

Es un transformador de alto voltaje que consiste en dos bobinas de alta Q (primaria y secundarios) que están heridos en cualquiera de las mismas ferritas o núcleos de aire con condensadores conectados a través de los devanados. Esta combinación de un inductor con condensador hace dos circuitos LC acoplados. En algunos casos, solo el secundario consiste en un condensador que actúa como una bobina resonante.

El primario está conectado a la fuente de corriente alterna periódica, como una onda en diente de sierra o cuadrada, de modo que cada pulso produce oscilaciones sinusoidales en la afinación. Debido a la resonancia, se genera un alto voltaje en el secundario. Por lo tanto, estos transformadores se utilizan para generar altos voltajes de CA. Estos también se usan en balastos electrónicos para iluminar las lámparas fluorescentes. Otras aplicaciones de estos transformadores son transmisores de radio, receptores de radio súper heterodinos, sistemas de encendido, etc.

Otra forma de transformadores resonantes es un transformador de voltaje constante. Al disponer el circuito del tanque de ferroresonancia en el secundario y al elegir las propiedades magnéticas adecuadas del núcleo, el transformador puede producir el voltaje constante en el secundario para una tensión de entrada variable a través del primario. El condensador conectado en el secundario toma corriente de él y satura el flujo secundario. Debido a esta saturación de flujo, se produce una tensión de salida constante a través de la carga o de los terminales secundarios, incluso para un gran cambio de voltaje de entrada.

 

Transformador resonante

Isolating Transformer

Principalmente por motivos de seguridad, estos transformadores se usan para aislar el equipo o cargar desde la fuente de poder Vincula los dos circuitos magnéticamente y los separa al no proporcionar ninguna ruta de conducción entre ellos. Cualquier transformador de aislamiento tiene una relación de vueltas de unidad que significa que estos son transformadores de 1: 1. Estos transformadores proporcionan aislamiento galvánico de manera que se previene la descarga eléctrica. Estos se utilizan en equipos médicos para evitar cualquier fuga de energía de CA en los dispositivos conectados a los pacientes evitados por este transformador. Y también mediante el uso de transformadores de aislamiento de tipo blindado, se evita el ruido magnético de acoplamiento. Además del aislamiento y el filtrado de ruido, se utilizan como supresores de sobretensiones.

transformador de aislamiento

Transformador de instrumento

Los transformadores de instrumentos se usan para proteger o aislar el equipo de medición, relés, instrumentos y otros dispositivos de control del circuito que está operando a alta tensión y corriente y en el que se deben medir las cantidades eléctricas. Estos están especialmente diseñados para el uso de instrumentos eléctricos como amperímetros, voltímetros, vatios, relés de protección, medidores de energía, etc. para aumentar su rango de medición. Estos sirven como equipos de conversión de nivel de voltaje y corriente desde un circuito de alto voltaje a los niveles adecuados para la medición. La clasificación de los transformadores de medida incluye transformadores de tensión y de corriente

Transformador de instrumento

Transformadores de corriente

Se utilizan para reducir los niveles actuales, por lo que que los amperímetros, bobinas de corriente de otros instrumentos y relevadores no necesitan conectarse directamente al circuito de operación de alta potencia. Por lo tanto, todos estos instrumentos están aislados del circuito de alta potencia. Un transformador de corriente consiste en bobinados primarios y secundarios separados. El primario consiste en una o varias vueltas de alambre pesado enrollado en un núcleo laminado. Este devanado está conectado en serie con una de las líneas eléctricas. En algunos TC, el conductor de línea o el cable en sí sirve como primario que pasa a través del núcleo. El devanado secundario consiste en un gran número de vueltas de un cable de pequeño tamaño que está herido en el núcleo. Este devanado está conectado a instrumentos o relés. La clasificación estándar habitual de la corriente secundaria de un CT es 5A. Y la corriente de bobinado primario está determinada por el valor máximo de la corriente de carga.

Transformadores de corriente

Transformadores de potencial

Estos transformadores funcionan de forma similar al transformador de potencia estándar, pero la única diferencia es que se trata de transformadores de pequeña capacidad. Estos se utilizan para reducir los niveles de voltaje en el circuito de alta potencia a niveles adecuados para el rango de medición. Los PT están conectados en paralelo a través de la línea en la que se deben conectar los parámetros eléctricos a medir o el sistema de protección. El devanado del lado primario o de alta tensión está conectado entre una de las líneas de alimentación a tierra o entre líneas de fase a fase. El devanado lateral secundario o de baja tensión está conectado a la carga o bobinas potenciales de los diversos instrumentos y relés u otros equipos de control. Más comúnmente, el devanado secundario está herido por 115 o 120 voltios.

Potencial-Transformador de tensión

Transformador de instrumento combinado

Este tipo de transformadores puede acomodar tanto transformadores de corriente como de voltaje en una sola unidad independiente. Este tipo de transformadores convierte los voltajes y las corrientes en valores bajos y medibles estandarizados que son útiles para medir, proteger y otros sistemas de control de alto voltaje. Esto resulta en el uso óptimo del espacio y menos estructuras de soporte y almohadillas de montaje. Estos se utilizan principalmente en aplicaciones de retransmisión de protección y medición de ingresos.

Combined Instrument Transformer

Pulse Transformer

Los transformadores de pulso se utilizan para transmitir pulsos eléctricos rectangulares de magnitud constante con tiempos de subida y bajada rápidos de un circuito a el otro manteniendo el aislamiento entre ellos. Estos pueden ser pequeños transformadores de impulsos de alto voltaje o señal, o de tamaño mediano. Para reducir la distorsión del pulso rectangular, estos transformadores deben tener baja inductancia de fuga, alta inductancia de circuito abierto y baja tolerancia para la capacitancia distribuida. Los transformadores de impulsos tipo señal son transformadores más pequeños que se utilizan en telecomunicaciones y circuitos lógicos digitales. Los transformadores de pulso de tamaño medio son transformadores de impulsos de potencia que se usan en sistemas de protección, circuitos de control de potencia, flashes de cámara, etc. Estos transformadores requieren bajas capacitancias de acoplamiento para proteger los circuitos laterales primarios contra los transitorios de las cargas eléctricas. Los transformadores de impulsos de gran potencia se utilizan en convertidores de potencia de alta frecuencia para interconectar los circuitos de control de baja potencia con los terminales de compuerta de alta tensión de los semiconductores de potencia. Estos también se usan en aceleradores de partículas, sistemas de radar y otras aplicaciones de energía pulsada.

Transformadores de RF

Los transformadores de RF se utilizan en una variedad de circuitos electrónicos por varias razones, como la adaptación de impedancia para transferir potencia máxima, aislamiento de CC entre los circuitos, voltaje y aumento o disminución de la corriente, interconexión entre circuitos balanceados y desequilibrados, etc. Estos transformadores se presentan como paquetes de conectores, paquetes de montaje en superficie y otras configuraciones diferentes. Las laminaciones de acero no se usan para transformadores de RF. Las frecuencias de trabajo de este transformador varían entre 30 KHz y 30 MHz y la mayoría de las veces, al agregar condensador a un devanado, ayuda a sintonizar sus devanados para una frecuencia particular.

Pueden ser núcleos de aire, núcleo de ferrita transformadores tipo balun. Transformadores de RF de núcleo de aire utilizados en tarjetas de circuitos impresos de tal manera que se sueldan unas cuantas vueltas de alambre. Los transformadores de núcleo de ferrita se utilizan en receptores de radio superheterodinos, que en su mayoría son transformadores de tipo sintonizado. Los transformadores Balun se utilizan para conectar los circuitos desequilibrados y balanceados, como los amplificadores balanceados (aplicaciones de rechazo de modo común).

 

Transformadores de RF

Transformador de audio

Los transformadores de audio son transformadores diseñados especialmente para transportar la señal de audio en los circuitos de audio. Las frecuencias de trabajo oscilan entre 20 Hz y 20 KHz para este tipo de transformador. Se utilizan para funciones múltiples como subir o bajar la señal de voltaje, convertir un circuito de balanceado a no balanceado y viceversa, disminuir o aumentar la impedancia de un circuito, bloquear la corriente continua de la corriente continua y permitir la señal de CA, y proporcionar aislamiento eléctrico galvánico de un dispositivo de audio a la otra. Estos tipos de transformadores incluyen entrada de micrófono, entrada de línea, entrada phono de bobina móvil, salida de línea, salida entre etapas y potencia, salida de micrófono, divisor, conversión de impedancia, caja directa, eliminadores de zumbido, transformadores AF toroidales de altavoz, etc.

Transformador de audio

Rotary Transformer

Muchas aplicaciones necesitan energía eléctrica que debe transferirse a las piezas giratorias. En tales casos, se usan estos transformadores. La mayoría de los dispositivos o máquinas que usan anillos deslizantes y cepillos se reemplazan con transformadores giratorios. Básicamente, estos son similares a los transformadores convencionales, excepto que están dispuestos de manera tal que se pueden girar los devanados primario y secundario. Lo más común es que sean transformadores rotativos rotativos axiales y de plano plano. La transferencia de potencia entre el primario y el secundario se lleva a cabo mediante inducción electromagnética a través de un espacio de aire. Este tipo de transformadores no tiene contactos de desgaste ni problemas de contaminación debido a la lubricación, el ruido, etc. Estos son los más comúnmente utilizados en aplicaciones de rectificado, sensores de torque colocados en motores eléctricos, grabadoras de video, etc.

Transformador rotativo