Tipos de Núcleos [PDF]

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Un transformador consta de dos partes esenciales: • •

El nucleo magnetico. Los devanados.

Estan relacionados con otros, elementos destinados a las conexiones mecanicas y eléctricas entre distintas partes al sistema de enfriamiento, al medio de transporte y a la proteccion de la maquina en general, en cuanto a las disposiciones constructivas, el nucleo determina caracteristicas relevantes, de manera que se establece una diferencia fundamental en la construccion de transformadores, dependiendo de la forma del nucleo, y puede se llamado “nucleo tipo columnas” y el “nucleo tipo acorazado”. La construcción del núcleo. El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen pequeños porcentajes de silicio (alrededor del 4%) y que se denominan "laminaciones magnéticos", estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidas relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes. Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y dimensiones requeridas. La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los núcleos de las máquinas eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad del material y entonces hace disminuir la magnitud de las corrientes parásitas o circulantes y en consecuencia las pérdidas por este concepto.

Elementos de los núcleos de transformadores.

En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna se distinguen dos partes principales: "las columnas" o piernas y los yugos". En las columnas se alojan los devanados y los yugos unen entre si a las columnas para cerrar el circuito magnético. Debido a que las bobinas se deben montar bajo un cierto procedimiento y desmontar cuando sea necesario por trabajos de mantenimiento, los núcleos que cierran el circuito magnético, terminar al mismo nivel en la parte que está en contacto con los yugos, o bien con salientes, en ambos casos los núcleos se arman con "juegos" de laminaciones para columnas y yugos que se arman por capas de arreglos "pares" e "impares". Cuando se han armado los niveles a base de juegos de laminaciones colocadas en "pares" e "impares" el núcleo se sujeta usando tornillos opresores y separa por medio de los tornillos tensores. En cuanto a los Yugos, se refiere, no estando vinculados estos con los devanados, pueden ser, entonces, rectangulares, aún cuando pueden tener también escalones para mejorar el enfriamiento.

Tipos de núcleos.

Cuando se ha mencionado con anterioridad, los núcleos para transformadores se agrupan básicamente en las siguientes categorías: a) Tipo núcleo o de columnas. b) Tipo acorazado. c) Tipo núcleo o de columnas. Existen distintos tipos de núcleos tipos columna, que está caracterizados por la posición relativa de las columnas y de los yugos. Núcleo monofásico.

Se tienen dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de un yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del devanado primario y la mitad del devanado secundario. Núcleo trifásico.

Se tienen tres columnas dispuestas sabor el mismo plano unidas en sus partes inferior y superior por medio de yugos. Sobre cada columna se incrustan los devanados primarios y secundarios de una fase. Las corrientes magnetizantes de las tres fases son distintas entre sí, debido principalmente a que el circuito magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la columna central. Este desequilibrio, tomando en cuenta que la corriente magnetizantes de las tres fases son distintas entre sí, debido principalmente que el circuito, magnético de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la columna central. Este desequilibrio, tomando en cuenta que la corriente de vacío es bastante baja, tiene influencia solamente para las condiciones de operación en vacio. Tipo acorazado. Este tipo de núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersión magnética, su uso es más común en los transformadores monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central, y cuando se trata de transformadores pequeños, las laminaciones se hacen en troqueles. Las formas de construccion pueden ser distintas y varian de acuerdo con la potencia. “Herrajes o armadura” Como se ha mencionado antes, los nucleos de los transformadores tienen partes que cumplen con funciones puramente mecanicas de

sujecion de las laminaciones y estructuras, estas pares o elementos se conocen como herrajes o armadura y se complementan con componentes, como fibra de vidrio o madera para proteccion de la sejecion de los yugos. NUCLEOS Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo nucleo y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuación.

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Tipo núcleo: este tipo de núcleo se representa en la fig.1, indicando el corte A-1 la sección transversal que se designa con S (cm2). Este núcleo no es macizo, sino que esta formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una sección U con una sección I. La capa siguiente superior cambia la posición I con respecto a la U.

Vista y corte de un núcleo tipo núcleo La aislación entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor.

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Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión, se representa en la fig.2, en vistas. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

Vista de un núcleo tipo acarazado con indicación de la longitud magnética media. El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la mitad de líneas cada uno.

Transformador de potencia trifásico. Un transformador de potencia consta de numerosas partes; las principales partes constructivas son las siguientes:

Partes Principales Núcleo magnético El núcleo constituye el circuito magnético que transfiere la energía de un circuito a otro y su función principal es la de conducir el flujo magnético. Esta construido por laminaciones de acero al silicio (4%) de un grueso del orden de 0.355 mm de espesor con un aislante de 0.0254 mm.

Bobinados Primario, secundario, terciario, etc.

Interior de un transformador en el que se ven los bobinados. Los bobinados o devanados constituyen los circuitos de alimentación y carga. La función principal del devanado primario es crear un campo magnético con una pérdida de energía muy pequeña. El devanado secundario debe aprovechar el flujo magnético para producir una fuerza electromotriz. Los bobinados pueden ser monofásicos o trifásicos. Dependiendo de la corriente pueden ser desde alambre delgado, grueso o barra. los

Partes Auxiliares Tanque, recipiente o cubierta El material utilizado en la fabricación de los tanques es placa de acero estructural código ASTM-A-36 de primera calidad, el cual es preparado en máquina de corte, punzonadoras, troqueladoras y dobladoras, las cuales son unidas posteriormente en un proceso de soldadura MIG. Adicional a lo anterior, generalmente es utilizado en el área de las boquillas de baja tensión, acero inoxidable según código AISI-304, para servir como medio diamagnético al paso de corrientes superiores a los 1000 A. La mayoría cuentan con un sistema mecánico de preparación de superficie, utilizando el proceso de limpieza por medio de balanceo de granalla angular, con el cual se obtiene el anclaje adecuado para la aplicación de los recubrimientos anticorrosivos y de acabado, los cuales consisten en varias capas aplicadas por aspersión.

Boquillas terminales La boquilla permite el paso de la corriente a través del transformador y evita que haya un escape indebido de corriente.

Medio Refrigerante

La eficiencia de la refrigeración es un factor fundamental que determina la seguridad operacional y el tiempo de vida útil de un transformador de potencia. El sistema utilizado con mayor frecuencia en transformadores menores es la refrigeración natural, donde el calor es absorbido por el aceite y disipado en el aire a través de radiadores. En otros sistemas los radiadores son adicionalmente refrigerados por medio de ventiladores. El sistema de refrigeración puede también consistir de varios radiadores separados y/o con intercambiadores aceite/agua. La refrigeración puede aún ser incrementada por medio del flujo direccionado del aceite.

Conmutadores y auxiliares Para adecuar la relación de tensión a las condiciones del sistema, los transformadores están provistos de una bobina especial con derivaciones. La relación de tensión puede ser alterada a través de un conmutador en vacío estando el transformador desenergizado, o por un conmutador de derivaciones en carga con el transformador energizado. Accionamientos motorizados son usados para operar los conmutadores, posibilitando comando local o a la distancia, inclusive con control automático de tensión.

Indicadores. Los indicadores son aparatos que nos señalan el estado del transformador. Por ejemplo, marcan el nivel del líquido, la temperatura, la presión, etc.