Que Son Los Transformadores Monofásicos. Tipos, Usos Y Función

Los transformadores monofásicos se usan ampliamente en componentes electrónicos porque pueden convertir voltajes de un nivel de potencia a otro sin afectar la frecuencia. Por esta razón, se usan comúnmente en electrodomésticos. Aunque hay una variedad de diferentes tipos de transformadores, todos se basan en el concepto de un recinto diseñado para proteger campos electromagnéticos, conocido como la jaula de Faraday.

El transformador monofásico acepta corriente alterna monofásica y generan corriente alterna monofásica, generalmente a un nivel de voltaje más alto o más bajo. La energía se transfiere de un circuito a uno o más circuitos mediante inducción electromagnética.

Transformadores Monofásicos
Transformadores Monofásicos

Aquí mostraremos todo sobre los transformadores monofásicos y cómo protegen los equipos eléctricos.

1. Cómo funciona el transformador monofásico

El transformador monofásico es un componente electrónico que funciona con una corriente alterna monofásica, ya que el ciclo de voltaje ocurre dentro de una fase de tiempo unificada. Se usa comúnmente para reducir las señales de larga distancia tanto para dispositivos electrónicos comerciales ligeros como residenciales. Estos son los pasos involucrados en este proceso:

  • La alimentación de CA externa genera un campo electromagnético alterno a través del devanado primario el campo electromagnético se colapsa en el núcleo de hierro, uniendo el flujo en ambos devanados la potencia se induce a través del devanado secundario conectado a una carga a 60Hz.
  • La Ley de Faraday determina el voltaje inducido y los amperios, que pueden modificarse por la naturaleza de los devanados primario y secundario..
  • La interferencia de radio externa (RFI) está protegida para proteger el equipo electrónico.
  • Los devanados primarios y secundarios generalmente están hechos de alambre de cobre aislado y deben aislarse del núcleo de hierro, que tiene una alta permeabilidad. El voltaje más alto que se puede usar para monofásico está controlado por compañías de servicios públicos y regulaciones industriales.
  • Antes de decidir si usar transformadores monofásicos o trifásicos, debes verificar las especificaciones del fabricante sobre el uso de los componentes electrónicos o consultar con un experto en electricidad.

Aplicaciones de los transformadores monofásicos

  • Distribución de energía localizada reductora.
  • Televisores para regular el voltaje.
  • Dispositivos electrónicos de baja tensión.
  • Aumento de potencia en inversores domésticos.
  • Zonas no urbanas donde la demanda eléctrica es menor.
  • Equipo de iluminación y calefacción comercial y residencial.

2. Como opera el transformador monofásico

Un transformador monofásico es un tipo de transformador de potencia que utiliza corriente alterna monofásica, lo que significa que el transformador se basa en un ciclo de voltaje que opera en una fase de tiempo unificada.

A menudo se usan para reducir las corrientes de transmisión localizadas y de larga distancia a niveles de potencia más adecuados para aplicaciones residenciales y comerciales ligeras. La relación de los devanados primarios (de entrada) a los devanados secundarios (de salida) determina el cambio en la corriente. Los transformadores monofásicos con una relación 1: 1 se pueden usar para aislar circuitos.

Los transformadores monofásicos acatan la ley de Ohm, y fuera de una pérdida inherente menor debido al calor, no crean ni eliminan energía.

Los sistemas de alto voltaje generalmente emplean transformadores trifásicos para alimentar edificios de apartamentos, centros comerciales, fábricas, oficinas y otras estructuras a gran escala, así como motores eléctricos: las fuentes de alimentación monofásicas no producen el campo magnético giratorio requerido para inducir rotación.

Los sistemas de energía trifásicos son más comunes en las ciudades, donde las demandas de suministro de energía densas requieren transformadores que enruten cientos o miles de kVA.

3. Configuraciones de uso de los transformadores monofásicos

Las variaciones en el diseño de los transformadores monofásicos permiten su uso para aplicaciones específicas.

Devanados

La relación de las bobinas primarias (de entrada) a las bobinas secundarias (de salida) determina si el voltaje aumenta o disminuye después de pasar por el transformador. Algunos transformadores tienen una relación de giro ajustable, mientras que otros mantienen una relación de 1: 1 (o cerca de 1: 1) para simplemente aislar los circuitos. Otros transformadores utilizan una sola bobina, y el voltaje se transmite tocando la bobina en un punto intermedio.

Configuración de bobinado

  • Individual: un devanado primario que acepta un voltaje nominal.
  • Dual: bobinados primarios duales que aceptan dos voltajes nominales.
  • Quad (2 + 2): bobinados primarios duales y cada devanado acepta dos voltajes nominales.
  • 5 conductores: el devanado primario puede aceptar cinco voltajes nominales.
  • Escalera: consiste en devanados en cascada que crean una serie de inductancias entre devanados adyacentes.

Enfriamiento

Los transformadores monofásicos llenos de aceite dependen de un aceite dieléctrico fuerte para aislar los componentes y disipar el calor. El aceite mineral, el éster sintético y los fluidos a base de silicona han reemplazado a los PCB. Algunos transformadores monofásicos pueden utilizar radiadores, filtros, ventiladores, bombas o intercambiadores de calor para administrar el aceite del transformador, según la aplicación.

Los transformadores llenos de PCB son reemplazados por otros métodos de enfriamiento cuando el fluido expira, ya que el PCB ha sido identificado como carcinógeno por más de 50 años. Sin embargo, muchos transformadores de PCB permanecen en funcionamiento hoy en día y aún pueden buscarse en mercados menos regulados.

Los transformadores que usan agua para enfriar componentes se sumergen en aceite, pero el agua fría se alimenta a través de tuberías de cobre debajo de la superficie del aceite para mejorar la circulación y el intercambio de calor. Otro método es bombear aceite calentado fuera del transformador a través de tubos que están empapados en agua.

Otros tipos de enfriamiento

  • Los transformadores secos / refrigerados por aire contienen dos devanados uno frente al otro pero no contienen un núcleo. Los devanados se enfrían por convección, que puede complementarse con un recinto ventilado y ventiladores o ventiladores.
  • Los transformadores encapsulados utilizan una resina dieléctrica de gestión térmica para sellar los componentes del transformador de contaminantes.

Núcleo

Un núcleo compuesto de capas alternas de laminaciones de acero y aislamiento que minimiza la corriente de magnetización y limita las corrientes parásitas a caminos elípticos con poco flujo. Las laminaciones más delgadas dan como resultado un dispositivo más eficiente pero más costoso. Las laminaciones a veces tienen forma de E, con una tapa en forma de I, que da como resultado el nombre de transformador EI. Los núcleos laminados en forma de C también son comunes.

El núcleo está construido con una bisagra y bloqueo para que el transformador pueda instalarse en un conductor in situ. Es una forma efectiva de monitorear y medir corrientes.

Este diseño minimiza la cantidad de flujo de fuga de los transformadores monofásicos, reduciendo así la posibilidad de interferencia electromagnética. Los núcleos son:

  • Laminado.
  • División.
  • Toroidal.

4.  Montaje de los transformadores monofásicos

El tamaño total y el peso de los transformadores monofásicos finalmente determinan cómo deben instalarse.

  • Chip: típicamente fabricados con tecnología de película delgada, estos transformadores se incorporan en circuitos integrados y a menudo se usan como aisladores.
  • Plato / disco: los transformadores monofásicos de núcleo toroidal se pueden montar con hardware que incluye un perno a través del medio del toro.
  • Bastidor en H: un estilo de montaje que mitiga los efectos de vibraciones y golpes.
  • Conector modular: típicamente un conector modular con un transformador incorporado.
  • Almohadilla: el transformador se instala sobre una base estructural, como los transformadores de subestación que se fijan a una almohadilla de concreto.
  • PC / PCB: también conocidos como transformadores de montaje en placa, estos transformadores transfieren voltaje entre dos circuitos para aplicaciones de placa de circuito. Consisten en devanados, núcleo, carcasa, un método de montaje (orificio pasante o montaje en superficie) y terminales de conexión. Algunos transformadores de PCB son circuitos integrados hechos a través del procesamiento de semiconductores.
  • Poste: estos transformadores ubicuos fijados a los postes de servicios públicos en el camino reducen el voltaje de los niveles de transmisión localizados a los voltajes residenciales y comerciales apropiados.
  • Patín / remolque: los transformadores grandes se pueden reubicar fácilmente para satisfacer las cambiantes necesidades eléctricas. Acomodan aumentos temporales en las necesidades eléctricas locales.

5.  Especificaciones

Los parámetros que lo acompañan son importantes cuando se consideran transformadores monofásicos.

  • Rango de frecuencia de operación: los transformadores monofásicos con altas frecuencias de operación tienden a ser más pequeños, ya que se necesitan menos devanados para igualar las impedancias.
  • Voltaje primario: rango de voltaje de entrada; Varios voltajes nominales representan más de un devanado primario.
  • Voltaje secundario: rango de voltaje de salida.
  • Clasificación de corriente secundaria: corriente de salida nominal.
  • Potencia nominal (VA): voltaje máximo adecuado para un transformador, expresado en voltios-amperios.
  • Temperatura de funcionamiento: rango de temperatura seguro de un transformador en funcionamiento; Las temperaturas del transformador aumentan durante el uso.

Características

  • Protección de limitación de corriente: un mecanismo de protección contra sobre-corriente.
  • A prueba de llamas: el transformador tiene una resistencia al fuego mejorada, lo que es útil en entornos potencialmente reactivos como las minas.
  • Carcasa NEMA: la carcasa o contenedor del transformador cumple con una clasificación NEMA, un estándar con respecto a la protección de ingreso para varios contaminantes industriales y ambientales.
  • Clasificación interior / exterior: el transformador se especifica para ciertos entornos operativos. Los transformadores llenos de aceite casi siempre se instalan en el exterior.
  • Resistente al agua: el transformador tiene una carcasa sellada para evitar la intrusión de agua.
  • Sumergible: el transformador puede sumergirse.
  • A prueba de manipulaciones: el gabinete del transformador retiene una cerradura u otro mecanismo antivandálico.

6. Normas de instalación de los transformadores monofásicos

El diseño y las aplicaciones del transformador están meticulosamente estandarizados. Existen muchas pautas con respecto a las aplicaciones y fabricación de transformadores monofásicos. Los estándares prominentes incluyen:

  • ANSI C57.12.21 – Transformadores de distribución monofásicos de alto voltaje montados en almohadilla.
  • ANSI C57.12.25 – Transformadores de distribución llenos de líquido monofásicos y trifásicos.
  • IEC 62505-3-2: sistemas ferroviarios de tracción que utilizan transformadores monofásicos.

7. Tipos de transformadores monofásicos

Los siguientes tipos de transformadores monofásicos se fabrican comúnmente para aceptar y emitir corriente alterna monofásica.

Transformadores básicos

  • Transformadores monofásicos de audio: elimina el ruido de tierra de las señales de audio al encerrar el transformador en blindajes magnéticos.
  • Autotransformador: normalmente se usa en aplicaciones de baja potencia para conectar circuitos con diferentes clases de voltaje. Contiene un solo devanado, no puede aislar circuitos, y generalmente es más pequeño, más ligero y más barato que otros transformadores. La fuente de voltaje y la carga eléctrica están conectadas a dos tomas, y los voltajes se determinan tocando el devanado en diferentes puntos. Un autotransformador con un grifo ajustable se conoce como transformador variable o variable, y se muestra un ejemplo a la derecha.
  • Transformadores monofásicos de refuerzo: este tipo de transformador ajusta el nivel de voltaje a las especificaciones del dispositivo. Se usan comúnmente como aisladores de circuito.
  • Transformador de voltaje constante (CVT): produce un voltaje de salida relativamente constante, a pesar de las variaciones potencialmente grandes en el voltaje de entrada.
  • Transformadores monofásicos de corriente constante: también llamado regulador, tiene un devanado secundario autoajustable que proporciona una corriente de salida constante para cualquier carga dentro de su rango dinámico. Es común para aplicaciones de alumbrado público.

Transformadores medios

  • Transformador de distribución: este es el transformador de montaje en poste que a menudo se ve y reduce la corriente para aplicaciones eléctricas de trabajo liviano.
  • Transformadores monofásicos de retorno: para producir una salida de alto voltaje, el transformador almacena energía en sus devanados magnéticos durante un corto período de tiempo.
  • Transformador elevador del generador: eleva los niveles de voltaje a un nivel de voltaje de transmisión de larga distancia adecuado.

Transformadores media- alta

  • Transformador de mitigación armónica: utiliza desplazamiento de fase, cancelación de flujo electromagnético e impedancia de fuente para disminuir las corrientes armónicas en los sistemas de distribución, lo que finalmente reduce la temperatura de operación del transformador.
  • Transformadores monofásicos de adaptación de impedancia: se utilizan para minimizar la reflexión de la señal de una carga eléctrica y, a menudo, tienen una relación de giro de 1: 1. Un ejemplo común de un transformador de adaptación de impedancia sería un balun, que se utiliza para conectar dos circuitos de impedancia no coincidente, como una línea balanceada de dos conductores que transportan corrientes iguales en direcciones opuestas que está conectada a una línea no balanceada de un conductor que lleva actual y un terreno.
  • Transformador de control industrial: suministre energía a dispositivos de corriente constante o voltaje constante que pueden ser sensibles a variaciones en el suministro eléctrico, como solenoides, relés u otros dispositivos electromecánicos.
  • Transformadores monofásicos de interfaz: aísla las señales de comunicación.

Transformadores especializados

  • Transformador de aislamiento: no se utiliza para aumentar o disminuir los voltajes, sino para amortiguar los circuitos entre sí.
  • Transformadores monofásicos de fugas (transformador de campo parásito): mantiene una alta inductancia de fuga al acoplar libremente los flujos magnéticos de los devanados primario y secundario. Esto hace que el transformador sea poco resistente, una característica importante de los transformadores para operaciones de soldadura.
  • Transformador de iluminación: suministra voltajes bajos para iluminación y otras aplicaciones de servicio liviano.
  • Transformador médico: la corriente de fuga, los requisitos de alto potencial, la clase de temperatura y la fusión de corriente y térmica son las principales preocupaciones de los transformadores médicos debido a los entornos sensibles en los que se emplean. Están cuidadosamente regulados por la ley y las normas industriales.
  • Transformadores monofásicos de relación múltiple: un transformador con varias salidas con cada toma de salida correspondiente a una relación de transformador diferente.
  • Transformador de puesta a tierra neutral: protege los transformadores de potencia y generadores de corrientes de falla dañinas. Transformador de subestación cuando ocurre una falla, se induce un voltaje en el delta abierto y hay una caída de voltaje en la resistencia conectada.

Transformadores de alta gama

  • Transformador de potencia: convierta los voltajes de un nivel o fase a otro para una distribución de energía generalizada.
  • Transformadores monofásicos rectificado: convierte CA a CC.
  • Transformador resonante: se coloca un condensador a través de uno o ambos devanados para que funcione y se pueda sintonizar el circuito.
  • Transformadores monofásicos de energía solar: el transformador puede incorporarse como parte de un inversor de cadena monofásico o como un transformador elevador para conectar plantas fotovoltaicas a una red.
  • Transformador de subestación: un transformador reductor que convierte los voltajes de nivel de transmisión en voltajes de nivel de distribución.

8.  Para terminar…

Al decidir si usar un transformador monofásico o trifásico, debes considerar el rango de frecuencia de operación, la clasificación de voltaje de los devanados, la clasificación de potencia, la clasificación de corriente secundaria y los requisitos de temperatura.

Una ventaja clave para los transformadores monofásicos frente a los trifásicos es un menor costo. Los transformadores trifásicos se utilizan en sistemas de alta potencia, mientras que los transformadores monofásicos son más apropiados para equipos más ligeros.

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