Pérdidas de transformador – Pérdidas de carga y sin carga
Se pierde cierta cantidad de energía durante el proceso de transformación de voltaje en un transformador. La corriente fluye en un devanado de transformador y el campo magnético alterno en el núcleo contribuye a la mayoría de las pérdidas de transformador. Vamos a aprender en detalle, las diversas pérdidas de transformadores.
Tipos de pérdidas de transformador
- Pérdidas sin carga
- Pérdidas de núcleo o pérdidas de hierro
- Pérdida de histéresis
- Pérdida de corriente de foucault
- Pérdidas perdidas
- Pérdidas dieléctricas
- Pérdida de cobre debido a pérdidas sin carga
- Pérdidas de núcleo o pérdidas de hierro
- Pérdida de carga o pérdida de cobre
Pérdidas sin carga
Todas aquellas pérdidas de transformadores que son siempre constantes, independientemente de las variaciones de carga, se conocen como pérdidas sin carga. No varían según la carga en un transformador. Incluso una pequeña reducción de las pérdidas sin carga puede conducir a un ahorro de energía significativo en transformadores grandes.
Pérdidas de núcleo o pérdidas de hierro
Las pérdidas de núcleo se producen en el núcleo de acero del transformador debido a la corriente de magnetización necesaria para energizar el núcleo. La corriente de magnetización permanece igual durante la operación sin carga y a plena carga. Las pérdidas de núcleo también se conocen como pérdidas de hierro en transformadores. Las pérdidas del núcleo constan de dos componentes: pérdidas por histéresis y pérdidas por corrientes de foucault.
Pérdidas de histéresis
Pérdida de histéresis es el mayor contribuyente a las pérdidas del núcleo. El núcleo de un transformador está compuesto de materiales ferromagnéticos como el acero al silicio. Cuando se colocan en un campo magnético, las moléculas en ellas se orientan hacia una dirección dependiendo de la polaridad del campo. Pero el campo magnético producido por una corriente alterna varía a una frecuencia de 50Hz o 60Hz. Por lo tanto, las moléculas resisten un cambio tan rápido en la magnetización. Esta resistencia al cambio en la magnetización resulta en pérdida de energía en forma de calor en el núcleo. La energía perdida debido a la histéresis se conoce como pérdida de histéresis. La pérdida de histéresis se determina por el grado de las laminaciones de acero utilizadas para el núcleo.
Pérdida de corriente de foucault
El campo magnético alterno induce corrientes de circulación en cada laminación de acero del núcleo. Estas corrientes no contribuyen a la transferencia de energía entre los devanados primario y secundario, sino que se disipan en forma de calor en el núcleo. Las corrientes inducidas se conocen como corrientes de foucault y la pérdida de potencia causada por ellas se denomina pérdida de corriente de foucault.
La pérdida de corriente de foucault en un transformador es directamente proporcional al grosor de las laminaciones, al cuadrado de la frecuencia de suministro y al cuadrado de la densidad de flujo.
Pérdida por corrientes parásitas
El término pérdidas por corrientes parásitas se refiere a las pérdidas adicionales que se producen en transformadores como resultado de corrientes parásitas inducidas en partes metálicas de un transformador, excluido el núcleo del transformador. Eso incluye las pérdidas de corriente de foucault en abrazaderas de núcleo, pernos, tanque de transformador e incluso devanados de transformador en sí.
Pérdidas dieléctricas
Se pierde cierta cantidad de energía en los materiales aislantes, especialmente en el aceite del transformador.
La pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes de foucault juntas representan el 90% de las pérdidas sin carga, mientras que las pérdidas por corrientes de foucault perdidas, las pérdidas dieléctricas y las pérdidas de cobre debidas a pérdidas sin carga representan el 10% restante.
La pérdida de cobre debido a la corriente sin carga es pequeña y, por lo tanto, a menudo se descuida. Las pérdidas sin carga dependen principalmente del voltaje y la frecuencia, por lo que en condiciones operativas, varían solo ligeramente con las variaciones del sistema. Las pérdidas sin carga del transformador se pueden reducir construyendo el núcleo con materiales de núcleo de acero magnético de alta calidad y optimizando las dimensiones del núcleo.
Pérdida de carga o Pérdida de cobre (pérdida I2R)
La pérdida de carga o pérdida de cobre se produce en las bobinas primarias y secundarias de los transformadores, es el resultado de la resistencia de la bobina. Depende de la carga. Es proporcional al cuadrado de corriente y resistencia de las bobinas. También se conoce como pérdida de I2R.
Deje que Ip y Rp sean la corriente primaria y la resistencia de la bobina, respectivamente, y Is y Rs sean la corriente primaria y la resistencia de la bobina, respectivamente. Luego, el total viene dado por
Pérdida total de cobre = Ip2Rp + Is2Rs
Dado que las pérdidas de cobre dependen de la resistencia de la bobina, es necesario dimensionar adecuadamente los conductores de la bobina para limitar la resistencia de la bobina.
Las pérdidas de transformadores se pueden reducir mediante un diseño cuidadoso y un tamaño adecuado de sus componentes. La pérdida de energía en un transformador es inevitable. Incluso un transformador energizado, pero no conectado a la carga, desperdicia algo de energía en forma de pérdidas sin carga. La pérdida total de potencia en un transformador viene dada por la siguiente fórmula.
Pérdidas totales de transformador = Pérdidas de núcleo + pérdidas de cobre
Las pérdidas de núcleo y las pérdidas de cobre se pueden determinar realizando pruebas de circuito abierto y cortocircuito en un transformador.
Más información: Prueba de circuito abierto & Prueba de cortocircuito en transformadores