How does a Transformer work ?

Lesics

31 Jul 201405:48

Summary

TLDRLos transformadores son dispositivos esenciales en la transmisión de energía eléctrica, capaz de recibir corriente alterna a una tensión y entregarla a otra, lo que mejora la eficiencia de la transmisión a larga distancia. Este video ofrece una visión detallada del funcionamiento y la construcción de un transformador trifásico, partiendo de su forma más simple. Se explica el principio de inducción electromagnética, que es la base de su funcionamiento, y cómo se produce un campo magnético fluctuante en una bobina con corriente alterna. Este campo fluctuante induce una tensión electromotriz en una bobina secundaria a través de un núcleo de material ferromagnético. La relación entre el voltaje de entrada y la tensión inducida se describe, y se menciona cómo se pueden disminuir o aumentar la tensión según el número de vueltas en las bobinas primaria y secundaria. Los transformadores trifásicos utilizan tres transformadores monofásicos con una configuración de bobina ligeramente diferente, donde las bobinas primaria y secundaria están situadas en forma concentrica y se emplean dos más en el transformador trifásico. Se discuten los tipos de bobinados, como el bobinado de disco, y las configuraciones de conexión en delta y estrella. Además, se aborda la importancia de las bobinas de baja tensión y el diseño del núcleo del transformador para minimizar las pérdidas de energía. Finalmente, se menciona el enfriamiento del transformador y cómo se maneja el cambio de volumen del aceite en el tanque conservador. Este resumen ofrece un vistazo general al contenido del video, destacando la importancia y el funcionamiento de los transformadores trifásicos en la entrega de energía eléctrica.

Takeaways

🔌 Los transformadores son capaces de recibir energía eléctrica a una tensión y entregársela a otra, mejorando así la eficiencia de transmisión y permitiendo el transporte de energía a largas distancias.
🧲 El principio de funcionamiento básico de un transformador es la inducción electromagnética, donde un flujo magnético variable induce una fuerza electromotriz en un circuito.
📡 Un campo magnético fluctuante se produce fácilmente con una bobina y un sistema de EMF alternado, y este puede ser vinculado eficazmente a un bobinado secundario con un núcleo de material ferromagnético.
🔗 El flujo magnético fluctuante induce una EMF en los bobinajes secundarios debido a la inducción electromagnética, y la suma de las fuerzas electromotrices inducidas en cada vuelta resulta en la EMF neta del bobinado.
⚙️ La relación entre la EMF inducida en el bobinado secundario y el voltaje de entrada aplicado en el primario permite entender cómo los transformadores pueden disminuir o aumentar la tensión.
⚖️ La conservación de energía requiere que las corrientes primarias y secundarias obedecen una relación específica, lo que afecta el diseño y la operación del transformador.
🌀 Los transformadores trifásicos utilizan tres transformadores monofasicos con una configuración de bobina ligeramente diferente, con los bobinajes primarios y secundarios situados concentricamente.
🔄 Los transformadores de alta potencia a menudo emplean un tipo especial de bobinado conocido como bobinado de disco, donde se conectan en serie a través de cruces externos e internos.
⚡ La conexión en delta de los bobinajes de baja tensión y en estrella de los de alta tensión en un transformador trifásico aumenta la tensión de línea a √3 veces en el lado de alta tensión.
📦 Un transformador trifásico puede proporcionar cuatro cables de salida: tres cables de energía trifásica y uno de neutro, lo que requiere de bujías aislantes de alta tensión para conducir la energía eléctrica.
🛠 El núcleo del transformador está compuesto de láminas de acero delgadas y aisladas, apiladadas para formar los tres brazos del transformador trifásico, y su propósito es reducir las pérdidas de energía debido a la formación de corrientes parásitas.
🔥 Varios tipos de pérdidas de energía ocurren al transferir energía del bobinado primario al secundario, y todas estas pérdidas se disipan como calor, lo que requiere el enfriamiento del transformador inmersión en aceite dentro de una bobina de enfriamiento.

Q & A

¿Cómo funcionan los transformadores para mejorar la eficiencia de transmisión de energía?
-Los transformadores mejoran la eficiencia de transmisión al recibir energía eléctrica a una tensión y entregársela a otra, lo que permite transferir la energía a mayores distancias con menor pérdida.
¿Qué principio fundamental rige el funcionamiento de un transformador?
-El principio fundamental de funcionamiento de un transformador es la inducción electromagnética, que produce una fuerza electromotriz fluctuante en un circuito debido a un campo magnético cambiante.
¿Cómo se produce el campo magnético en un transformador?
-Un campo magnético se produce alrededor de un conductor que lleva corriente. Un bobinado en un transformador puede generar un campo magnético fluctuante debido a la naturaleza alternante de la corriente.
¿Cómo se relaciona el EMF inducido en el bobinado secundario con el en el primario?
-El EMF inducido en el bobinado secundario está relacionado con el EMF en el primario porque ambos comparten el mismo flujo magnético. El EMF por vuelta es el mismo para los bobinados primario y secundario.
¿Cómo afecta el número de vueltas en el bobinado a la tensión del voltaje inducido?
-Si el bobinado secundario tiene menos vueltas que el primario, se reduce la tensión. Al revés, si hay más vueltas en el secundario, se puede aumentar la tensión.
¿Por qué los transformadores de tres fases utilizan tres transformadores de una sola fase?
-Los transformadores de tres fases utilizan tres transformadores de una sola fase para manejar la corriente de tres fases, lo que permite una mayor eficiencia y capacidad de energía en la transmisión.
¿Qué tipo de bobinado se emplea en transformadores de alta potencia?
-En transformadores de alta potencia, se emplea un tipo especial de bobinado conocido como bobinado de disco, donde los bobinados de disco separados están conectados en serie a través de cruces internos y externos.
¿Cómo se conectan los bobinados de baja y alta tensión en un transformador de tres fases?
-Los bobinados de baja tensión están conectados en delta, mientras que los de alta tensión están conectados en estrella, lo que aumenta la tensión de línea a 3.5 veces en el lado de alta tensión.
¿Por qué se requieren bushings aislantes de alta tensión en un transformador?
-Los bushings aislantes de alta tensión son necesarios para llevar la energía eléctrica fuera del transformador de manera segura, evitando posibles descargas eléctricas.
¿Cómo se reduce la pérdida de energía debido a los corrientes parásitas en el núcleo del transformador?
-El núcleo del transformador está compuesto de láminas de acero delgadas y aisladas que se apilan para formar los tres brazos de la transformación. Estas láminas delgadas reducen las pérdidas de energía debido a las corrientes parásitas.
¿Cómo se gestionan las pérdidas de energía en un transformador?
-Todas las pérdidas de energía en un transformador, como las pérdidas en el núcleo y en los bobinados, se disipan en forma de calor. Por lo general, el transformador está sumergido en un enfriamiento por aceite para disipar el calor generado.
¿Qué función cumple el tanque conservador en un transformador?
-El tanque conservador ayuda a acomodar los cambios de volumen del aceite en el tanque principal cuando este se expande debido al calor absorbido del transformador.

Outlines

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🔌 Funcionamiento y construcción de un transformador trifásico

Este párrafo aborda el funcionamiento básico de los transformadores, que son dispositivos que reciben energía eléctrica a una tensión y la entregan a otra, lo que mejora la eficiencia de transmisión y permite transferir energía a largas distancias. Se describe cómo la inducción electromagnética es la base del funcionamiento de un transformador, y cómo el campo magnético fluctuante generado por un conductor que lleva corriente induce una fuerza electromotriz en una bobina secundaria. Además, se explica cómo los transformadores trifásicos utilizan tres bobinas similares a las de transformadores monofásicos, pero con una configuración ligeramente diferente, y cómo los transformadores de alta potencia emplean bobinas de disco conectadas en serie. Finalmente, se menciona la importancia de la configuración delta y estrella en los transformadores trifásicos para aumentar la tensión de línea y la necesidad de bushings de alta tensión y el núcleo del transformador compuesto de láminas de acero aisladas para reducir las pérdidas de energía debido a los corrientes parásitas.

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🌡 Pérdidas de energía y enfriamiento en transformadores

Este párrafo se centra en las pérdidas de energía que ocurren durante la transferencia de energía desde la bobina primaria a la secundaria y cómo estas pérdidas se disipan en forma de calor. Se destaca la importancia del enfriamiento en los transformadores, ya que están sumergidos en un ser de enfriamiento para disipar el calor generado. La descripción incluye cómo el aceite en el tanque del transformador se expande al absorber calor y cómo un tanque conservador ayuda a acomodar los cambios de volumen. Además, se hace referencia a otros videos para obtener más información sobre los diferentes tipos de núcleos y bobinas de transformadores.

Mindmap

Keywords

💡Transformador

Un transformador es un dispositivo eléctrico que puede recibir energía eléctrica a una tensión y entregarla a otra tensión diferente. Es fundamental en la eficiencia de la transmisión de energía a largas distancias, como se menciona en el video. El transformador utiliza el principio de inducción electromagnética para funcionar.

💡Inducción electromagnética

Es el principio básico por el cual funcionan los transformadores. Se refiere a la generación de una fuerza electromotriz (EMF) en un circuito debido a un cambio en el flujo magnético a través de él. En el video, se destaca cómo el flujo magnético fluctuante induce una EMF en los bobinas secundarias.

💡Bobina

Una bobina es una serie de vueltas de alambre que se enrollan en forma de espiral. En un transformador, las bobinas primarias y secundarias están alineadas para que el flujo magnético pueda transferir energía entre ellas. El video describe cómo el campo magnético de una bobina fluctúa con la corriente alterna.

💡Campo magnético

Es una región en la que se produce una fuerza magnética. En el contexto de un transformador, el campo magnético es generado por una bobina a través de la cual fluye una corriente. El video ilustra cómo este campo fluctúa y cómo está vinculado con el funcionamiento del transformador.

💡Ferromagnetismo

Se refiere a la propiedad de ciertos materiales, como el acero, de ser fuertemente magnetizables en presencia de un campo magnético. En los transformadores, el núcleo de material ferromagnético ayuda a transmitir el flujo magnético entre las bobinas primaria y secundaria.

💡EMF por vuelta

La EMF por vuelta es la fuerza electromotriz inducida en una sola vuelta de una bobina. El video explica que la EMF por vuelta es la misma tanto para la bobina primaria como para la secundaria, lo que permite controlar la relación entre las tensiones de entrada y salida.

💡Relación de transformación

Es la relación entre el número de vueltas en la bobina primaria y la bobina secundaria, que determina la relación entre las tensiones y corrientes en ambos lados del transformador. El video menciona que si la bobina secundaria tiene menos vueltas que la primaria, se reduce la tensión.

💡Transformador trifásico

Un transformador trifásico utiliza tres transformadores de fase simple, pero con una configuración de bobina ligeramente diferente. Estas bobinas están dispuestas céntricamente y son utilizadas para manejar la corriente trifásica, que es común en la energía eléctrica industrial.

💡Bobinado en disco

Este tipo de bobinado se utiliza en transformadores de alta potencia y consiste en discos de acero conectados en serie a través de cruces internos y externos. El video menciona que los bobinados en disco son una característica de los transformadores de alta potencia.

💡Configuración delta y estrella

Son dos formas de conectar las bobinas en un transformador trifásico. La configuración delta se utiliza para las bobinas de baja tensión, mientras que la configuración en estrella se utiliza para las de alta tensión. El video describe cómo estas configuraciones afectan la relación de tensión en las salidas del transformador.

💡Pérdidas de energía

Durante la transferencia de energía del lado primario al secundario del transformador, ocurren pérdidas de energía, principalmente debido a los efectos de hielo y corrientes parásitas. Estas pérdidas se disipan como calor y es por eso que los transformadores suelen estar sumergidos en aceite para enfriamiento.

💡Laminaciones de acero

Las láminas del núcleo del transformador están hechas de acero y están aisladas entre sí. Estas láminas están apilado para formar los brazos de las fases del transformador. El video destaca que el uso de láminas delgadas reduce las pérdidas de energía debido a las corrientes parásitas.

Highlights

Transformers can receive AC power at one voltage and deliver it at another, enhancing transmission efficiency over long distances.

The fundamental principle of transformers is electromagnetic induction, which induces an electromotive force (EMF) across a loop with fluctuating magnetic flux.

A coil with an alternating EMF system can create a fluctuating magnetic field, which is the basis for transformer operation.

The magnetic field produced by a current-carrying coil can be effectively linked to a secondary winding using a ferromagnetic core.

The EMF induced in the secondary coil is the sum of the individual EMFs in each turn of the winding.

The EMF per turn is the same for both primary and secondary coils due to the same magnetic flux passing through them.

The relationship between the primary input voltage and the EMF per turn in the primary coil is crucial for understanding transformer operation.

By having fewer turns in the secondary coil compared to the primary, the voltage can be reduced, and vice versa for increasing voltage.

Energy conservation dictates that the primary and secondary currents must obey a specific relationship.

Three-phase transformers use three single-phase transformers with a concentric coil configuration.

High-power transformers often use a special kind of winding called a disc type winding, connected in series through crossovers.

Low voltage windings are connected in a delta configuration, while high voltage windings are connected in a star configuration.

The line voltage in a three-phase step-up transformer rises to √3 times at the high voltage side.

A three-phase step-up transformer can provide four output wires: three-phase power wires and one neutral.

High-voltage insulated bushings are necessary to safely bring out the electrical energy from the transformer.

The transformer core is made of thin insulated steel laminations to reduce energy loss due to eddy currents.

The low voltage winding is usually positioned near the core to optimize efficiency.

Energy losses during power transfer are dissipated as heat, which is managed by immersing the transformer in a cooling medium.

Transformers use oil and a conservator tank to handle heat dissipation and volume changes due to thermal expansion.

For more information on different types of transformer cores and windings, additional resources are available.