Principio de funcionamiento de un transformador | Su eficiencia y pérdidas importantes | Preguntas frecuentes explicadas

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Principio de funcionamiento

Ecuación del transformador EMF

Pérdidas de un transformador

La eficiencia de un transformador

Algunas preguntas frecuentes

Principio de funcionamiento de un transformador

Transformador de corriente, crédito de imagen - Hannes GrobeTransformador de corriente-27 hgCC BY-SA 4.0

La transformador trabaja en Ley de Faraday. La ley de Faraday establece que:

““ Cualquier cambio en la bobina de los campos magnéticos de los cables provocará una inducción de fem. La magnitud del potencial inducido es idéntica a la tasa de cambio del flujo.

Puede escribirse como:

E = - N * dϕ / dt

E es la fem inducida, & N, ϕ es el número de vueltas y el flujo magnético producido, respectivamente.

El signo negativo representa que el cambio en la dirección del campo magnético es opuesto a la fem inducida. También se conoce como ley de Lenz.

Ahora, sabemos que los transformadores tienen dos devanados. La potencia alterna se aplica a los devanados primarios. El flujo de corriente provoca la generación de un campo magnético a su alrededor. Esta propiedad se conoce como inductancia mutua. Ahora la corriente fluye de acuerdo con la Ley de Faraday. La fuerza máxima del campo magnético será igual a d 'phi' / dt. Las líneas magnéticas de fuerza ahora se expanden fuera de la bobina. El núcleo de hierro dulce concentra las líneas de campo y forma un camino. Los flujos magnéticos conectan los devanados primarios y secundarios.

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Funcionamiento de un transformador, fuente de imagen -  Fred la ostraTransformador de flujoCC BY-SA 4.0

Ahora, como el flujo también pasa a través de los devanados secundarios, allí se genera un voltaje. La magnitud de la fem inducida se dará de acuerdo con la ley de Faraday. Será = N * dϕ / dt.

La frecuencia y la potencia del voltaje suministrado nunca cambian en todo el proceso.

El voltaje inducido depende de la relación de giro.

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Ecuación del transformador EMF

Supongamos que el flujo de magnitud es phi.

Sabemos que el flujo magnético varía sinusoidalmente.

Entonces, ϕ = ϕm * pecado (2 * π * f * t)

f es la frecuencia del flujo y N es el número de vueltas

Ahora, E = N * dϕ / dt

o, E = N * d (ϕm pecado (2 * π * f * t)) / dt

o, E = N * 2 * π * f * ϕm * cos (2 * π * f * t)

Para E = Emax, cos (2 * π * f * t) = 1

Emax = N * 2 * π * f * ϕ m

Ahora, Erms = Emax / 2

Erms = N * 2 * π * f * ϕm / 2

Erms = 4.44 f * N * ϕm

Esto se conoce como Ecuación del transformador EMF.

Pérdidas de un transformador

La pérdida en un dispositivo o circuito eléctrico significa pérdida de energía. Un transformador real tiene diferentes tipos de pérdidas, pero un transformador ideal nunca sufre una pérdida. Hay varios tipos de pérdidas dentro de un transformador. Algunos de ellos son -

  • A. Pérdida de núcleo / pérdida de hierro
  • B. Pérdida de cobre o pérdida óhmica
  • C. Pérdida perdida
  • D. Pérdida dieléctrica
  • A. Pérdidas de núcleo / pérdidas de hierro: La pérdida se produce debido al flujo alterno, dentro del núcleo de hierro se conoce como pérdida de núcleo o pérdida de hierro. Este tipo de pérdidas se conocen como pérdidas sin carga.

Hay dos categorías de pérdidas básicas. Ellos son -

  • i) Pérdida de histéresis
  • ii) Pérdida por corrientes de Foucault

i) Pérdida de histéresis -Se genera una fuerza magnética alternativa en el núcleo del transformador. Esa fuerza de magnetización provoca un bucle de histéresis y eso provoca una pérdida de histéresis.

Ph = η * Bmax * n * f * V

Ph = Pérdida de histéresis

η = coeficiente de histéresis de Steinmetz

Bmax = Densidad de flujo máxima

n = exponente de Steinmetz

f representa la inversión magnética por segundo

V = volumen de material magnético

La pérdida por histéresis contribuye al 50% de la pérdida sin carga.

ii) Pérdida por corrientes de Foucault - Las leyes de Faraday están detrás de la causa de la pérdida por corrientes de Foucault. Los flujos magnéticos provocan un potencial en el núcleo. Ahora, debido a esta fem, la corriente fluye. Esta corriente se denomina corriente de Foucault y es una corriente no deseada. La pérdida debida a esta corriente es la pérdida por corrientes de Foucault.

La pérdida por corrientes de Foucault se expresa como -

Pe = Ke * Bmax2 * f * V * t2

Pe = Pérdida por corrientes de Foucault

Ke = Constante de corriente de Foucault

Bmax se refiere a la máxima densidad de flujo yf es la frecuencia de inversión magnética por segundo.

V = volumen de material magnético

t = espesor magnético

  • B. Pérdida de cobre o pérdida ohómica: Este tipo de pérdida se produce debido a la resistencia del cable de los devanados. Si Ip, Rp es la corriente y la resistencia del devanado primario e Is, Rs es la corriente y la resistencia de los devanados secundarios, entonces la pérdida vendrá dada por la ecuación -

Po Yo osp2Rp + Is2Rs

Como los cables son de cobre, la pérdida se denomina pérdida de cobre. Este tipo de pérdida también se conoce como pérdidas de carga porque esta pérdida ocurre solo cuando la carga está conectada con los devanados secundarios.

  • C. Pérdida perdida: La razón detrás de tales pérdidas es el campo de fugas. Es una pérdida insignificante.
  • D. Pérdida dieléctrica: El aislador del transformador provoca este tipo de pérdida.

También hay pérdidas debido a tensiones y corrientes distorsionadas.

Aisladores en la parte superior de un transformador, Crédito de imagen: Contraste altoAisladores eléctricos encima de un transformador (2)CC BY 3.0 DE

La eficiencia de un transformador

La eficiencia es la relación entre la potencia producida en la entrada y la potencia suministrada de la salida. Se representa como - η.

η = Potencia de salida / Potencia de entrada * 100%

En un transformador ideal, η viene como 1, lo que significa que la potencia de salida es igual a la potencia de entrada. Pero en realidad, un transformador sufre pérdidas.

Pérdida = potencia de entrada - potencia de salida

O, potencia de salida = potencia de entrada - pérdida

Entonces, eficiencia -

η = (Potencia de entrada - Pérdida) / Potencia de entrada * 100%

η = 1 - pérdida / potencia de entrada * 100%

Algunas preguntas frecuentes

1. ¿Cómo se clasifica un transformador?

Los transformadores están clasificados en voltios-amperios o kilovoltios-amperios (kVA). Esta clasificación indica que los devanados primarios y secundarios están diseñados para tolerar la potencia nominal.

2. ¿Cuántos tipos de transformadores existen?

Hay muchos tipos de transformadores basados ​​en diferentes parámetros. Algunos de ellos son -

  • Ideal Transformadores
  • Real Transformadores
  • Aumentar tipos
  • Bajar tipo
  • Transformador
  • Fase única tipos
  • Tres fases tipos
  • Centro aprovechado tipos
  • Instrumento tipos
  • Pulse tipos
  • RF tipos
  • Auriculares & Altavoces tipos

3. Un transformador tiene una relación de espiras de 16 a 4 o 4. Si el voltaje secundario del transformador es 220 V, determine el voltaje primario.

Sabemos que

Relación de vueltas = NpNs =VpVs

Aquí, Np = 16

Ns =4

Vs = 220 v

tenemos que encontrar Vp

entonces Vp = Np*Vs/Ns = 16 * 220/4

Vp = 480 voltios.

Entonces el voltaje primario fue de 480 voltios.

4. ¿Cuál es la reversibilidad de la operación del transformador?

La reversibilidad de la operación del transformador significa usar el transformador desde atrás. Es decir, dar a los devanados secundarios un voltaje de entrada y conectar la carga en los devanados primarios.

5. ¿Funcionan los transformadores en voltaje CC?

No, un transformador no funciona en voltaje CC. La aplicación de voltaje de CC provocará un golpe excesivo de los devanados primarios cuando la señal lo encuentre en un cortocircuito.

6. ¿Qué es la adaptación de impedancia?

El concepto de adaptación de impedancia es que cuando una fuente de voltaje se conecta a la carga, la carga obtiene la máxima potencia si la impedancia de carga es igual a la impedancia de la impedancia de la fuente interna fija. Es una de las aplicaciones de los transformadores.

7. Un transformador monofásico tiene una clasificación de 2 kilovoltios amperios y tiene 400 V en los devanados primarios y 150 V en los secundarios. Descubra la corriente de carga completa primaria y secundaria del transformador.

Corriente primaria a plena carga = 2 kVA x 1000/400 V = 5 A

Corriente secundaria a plena carga = 2 kVA x 1000/150 V = 13.33 A

8. Un transformador tiene 500 vueltas en los devanados primarios y 20 vueltas en los devanados secundarios. Descubrir -

a) El voltaje secundario si el circuito secundario está abierto y el voltaje primario es 100 v

b) Averigüe la corriente en los devanados primario y secundario cuando el devanado secundario está conectado a una carga de resistencia de 16 ohmios.

Sabemos que la relación de vueltas viene dada por

Relación de vueltas  = Np/Ns V =p/Vs

Np es el número de vueltas en los devanados primarios.

Ns es el número de vueltas en los devanados secundarios.

Vp es el voltaje en el lado primario.

Vs es el voltaje en el lado secundario.

Ahora podemos escribir

Vs = (Ns * Vp) / Np

O, Vs = (20 * 100) / 500 V

O, Vs = 4 V

Ahora, para el segundo caso, sabemos que la potencia permanece sin cambios mientras se transfiere energía a través de un transformador.

Podemos escribir,

Pp = Ps

Donde Pp es la potencia en el lado primario y Ps es la potencia en el lado secundario.

Pp V =p * YOp

Ps = Vs * Es

Ip es la corriente en el lado primario y yos es la corriente en el lado secundario.

Entonces, Vp *Ip  V =s * YOs

O yop = (Vs * Es) / Vp

O yop = ((Vs * (Vs / Rs) / Vp De la ley de ohmios V = IR, entonces I = V / R, aquí Rs es la resistencia de la bobina secundaria.

O yop = (Vs * Vs) / (Vs * Rs)

O yop = 4 * 4/100 * 16, sustituyendo los valores y Rs = 16 ohmios en la pregunta.

Asiquep = 10 mili - amperios.

Y yos = Vs / Rs

Is = 4/16 A = 0.25 A

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Sobre Sudipta Roy

Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones.
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