Selección de transformadores de distribución eficientes en energía

Definición de Pérdidas en Transformadores

Las pérdidas en transformadores se pueden clasificar principalmente en dos tipos: pérdidas sin carga y pérdidas con carga. Estas pérdidas son omnipresentes en todos los tipos de transformadores, independientemente de sus escenarios de aplicación o potencias nominales.

Sin embargo, existen dos tipos adicionales de pérdidas: las pérdidas extra inducidas por armónicos, y las pérdidas que son especialmente relevantes para transformadores más grandes, es decir, las pérdidas de refrigeración o auxiliares, que resultan del uso de equipos de refrigeración como ventiladores y bombas.

Pérdidas sin Carga

Estas pérdidas ocurren en el núcleo del transformador siempre que este esté energizado (incluso cuando el circuito secundario está abierto). También conocidas como pérdidas de hierro o pérdidas del núcleo, permanecen constantes.
Las pérdidas sin carga consisten en:

Pérdidas por Histeresis

Estas pérdidas se deben al movimiento friccional de los dominios magnéticos dentro de las laminaciones del núcleo mientras se magnetizan y desmagnetizan por el campo magnético alternante. Dependiendo del tipo de material utilizado para el núcleo.

Las pérdidas por histeresis suelen representar más de la mitad de las pérdidas totales sin carga (aproximadamente del 50% al 70%). En el pasado, esta proporción era menor (debido a una mayor contribución de las pérdidas por corrientes de Foucault, especialmente en láminas relativamente gruesas que no habían sido sometidas a tratamiento láser).

Pérdidas por Corrientes de Foucault

Estas pérdidas son inducidas por campos magnéticos variables que generan corrientes de Foucault en las laminaciones del núcleo, produciendo calor.
Estas pérdidas se pueden mitigar construyendo el núcleo con láminas finas, laminadas e aisladas entre sí mediante una capa de barniz para reducir las corrientes de Foucault. Actualmente, las pérdidas por corrientes de Foucault generalmente representan del 30% al 50% de las pérdidas totales sin carga. Cuando se evalúan los esfuerzos para mejorar la eficiencia de los transformadores de distribución, el progreso más significativo se ha logrado en la reducción de estas pérdidas.
También hay pérdidas menores de dispersión y dieléctricas en el núcleo del transformador, que generalmente no superan el 1% de las pérdidas totales sin carga.

Pérdidas con Carga

Estas pérdidas son comúnmente conocidas como pérdidas de cobre o pérdidas de cortocircuito. Las pérdidas con carga fluctúan según las condiciones de carga del transformador.
Las pérdidas con carga consisten en:

Pérdidas por Calor Ohmico

A veces llamadas pérdidas de cobre, ya que son el componente resistivo dominante de las pérdidas con carga. Esta pérdida ocurre en los devanados del transformador y se debe a la resistencia del conductor.
La magnitud de estas pérdidas aumenta en proporción al cuadrado de la corriente de carga y también es proporcional a la resistencia del devanado. Se puede reducir aumentando la sección transversal del conductor o acortando la longitud del devanado. El uso de cobre como conductor ayuda a equilibrar el peso, el tamaño, el costo y la resistencia; aumentar el diámetro del conductor dentro de los límites de otras restricciones de diseño puede reducir aún más las pérdidas.

Pérdidas por Corrientes de Foucault en el Conductor

Las corrientes de Foucault, resultado de los campos magnéticos de corriente alterna, también ocurren en los devanados. Reducir la sección transversal del conductor puede disminuir las corrientes de Foucault, por lo que se utilizan conductores trenzados para lograr la resistencia requerida baja mientras se controlan las pérdidas por corrientes de Foucault.

Esto se puede evitar utilizando un conductor continuamente transpuesto (CTC). En un CTC, las hebras se transponen frecuentemente para promediar las diferencias de flujo y equalizar el voltaje.