Pérdidas en transformadores: comprensión de las pérdidas de energía en transformadores eléctricos

Los transformadores son componentes esenciales en los sistemas de energía eléctrica y desempeñan un papel fundamental en la transmisión y distribución de electricidad. Permiten la transferencia eficiente de energía eléctrica entre circuitos a diferentes niveles de voltaje. Sin embargo, como cualquier dispositivo eléctrico, los transformadores no son 100% eficientes. experimentan pérdidas de energía durante la operación. Comprender estas pérdidas es crucial para mejorar la eficiencia del transformador, reducir los costos operativos y mejorar el rendimiento general de los sistemas eléctricos.

¿Qué  son las pérdidas del transformador ?

Las pérdidas del transformador son las pérdidas de energía que ocurren en un transformador durante su operación. Estas pérdidas se pueden clasificar ampliamente en dos tipos principales: pérdidas del núcleo (o pérdidas de hierro) y pérdidas de cobre. Cada tipo de pérdida tiene causas y características distintas.

Pérdidas del transformador  – Pérdidas del núcleo (pérdidas de hierro)

Las pérdidas en el núcleo se producen en el núcleo magnético del transformador y se deben principalmente a dos fenómenos: histéresis y corrientes parásitas. Por lo que tiene dos variantes: pérdida por histéresis y pérdida por corrientes parásitas.

Pérdida por histéresis:

Causado por la magnetización y desmagnetización del material del núcleo cuando la corriente alterna (CA) fluye a través del transformador.

La pérdida de energía es proporcional a la frecuencia del suministro de CA y al volumen del material del núcleo.

A menudo se utilizan materiales con baja pérdida por histéresis, como el acero al silicio , para minimizar este tipo de pérdida.

Pérdidas por corrientes de Foucault:

Corrientes inducidas que fluyen en el material del núcleo debido al campo magnético cambiante.

Estas corrientes generan calor y provocan una pérdida de energía.

Para reducir las pérdidas por corrientes parásitas, a menudo se utilizan núcleos laminados en la construcción de transformadores, lo que puede aumentar la resistencia al flujo de estas corrientes.

Pérdidas en transformadores  – Pérdidas en cobre (pérdidas en devanados) 

Las pérdidas de cobre ocurren en los devanados del transformador y se deben principalmente a la resistencia del alambre de cobre utilizado en los devanados. Cuando la corriente fluye a través de los devanados, parte de la energía se pierde en forma de calor debido a la resistencia del alambre de cobre.

El componente principal de la pérdida de cobre es la pérdida I²R, que se puede calcular mediante la fórmula:
P _cobre  = I ² ⋅R

Dónde:

– I = Corriente que fluye a través del devanado.

– R = Resistencia del devanado

Las pérdidas del cobre están influenciadas por varios factores, incluida la carga en el transformador, la temperatura de los devanados y el diseño de los devanados. Para minimizar las pérdidas del cobre, los transformadores se diseñan con conductores que tienen baja resistencia y el calibre del cable se selecciona en función. en la carga actual esperada.

Pérdidas del transformador  – Pérdidas adicionales

Además de las pérdidas en el núcleo y el cobre, los transformadores pueden experimentar otros tipos de pérdidas, que incluyen:

Pérdidas parásitas: causadas por corrientes de fuga y campos magnéticos que resultan en pérdidas adicionales en los materiales conductores cerca del transformador. Estas pérdidas pueden ocurrir en varios componentes, incluidos los devanados y el núcleo, y a menudo son más difíciles de cuantificar. mediante un cuidadoso diseño y colocación de los devanados y materiales del núcleo.

Pérdidas dieléctricas: ocurren en los materiales de aislamiento utilizados dentro del transformador debido al campo eléctrico alterno. Las pérdidas dieléctricas se pueden minimizar utilizando materiales de aislamiento de alta calidad con características de baja pérdida dieléctrica.

Pérdidas por enfriamiento: Las pérdidas asociadas con el sistema de enfriamiento del transformador, que pueden incluir ventiladores o bombas de aceite, son esenciales para mantener la eficiencia y la longevidad del transformador.

Atención especial: pérdidas sin carga frente a pérdidas con carga en el transformador

Pérdidas sin carga (pérdidas del núcleo):

Estas pérdidas ocurren cuando el transformador está energizado pero no suministra ninguna carga. Permanecen relativamente constantes independientemente de la carga y consisten principalmente en pérdidas del núcleo.

Pérdidas de Carga (Pérdidas de Cobre):

Estas pérdidas varían con la carga y aumentan a medida que aumenta la corriente de carga. Están asociadas principalmente con el calentamiento resistivo de los devanados.

Conclusión

Las pérdidas de los transformadores son un aspecto inevitable de la operación de los transformadores, pero comprenderlas y sus causas puede ayudarnos a implementar estrategias efectivas de mitigación que pueden mejorar significativamente la eficiencia del transformador. Al centrarse en las pérdidas del núcleo y del cobre, así como en otras pérdidas, los ingenieros y operadores pueden optimizar. el rendimiento del transformador, reducir los costos operativos y mejorar la confiabilidad de los sistemas de energía eléctrica.