Pérdidas en transformadores | Pérdidas de cobre vs hierro y consejos para reducirlas
Los transformadores experimentan varios tipos de pérdidas durante su operación, principalmente clasificadas en dos tipos principales: pérdidas por cobre y pérdidas por hierro.
Pérdidas por Cobre
Las pérdidas por cobre, también conocidas como pérdidas I²R, son causadas por la resistencia eléctrica de los devanados del transformador, típicamente hechos de cobre. A medida que la corriente fluye a través de los devanados, la energía se disipa en forma de calor. Estas pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente de carga (I²R), lo que significa que aumentan significativamente con niveles de corriente más altos.
Para minimizar las pérdidas por cobre:
Utilice conductores más gruesos o materiales con mayor conductividad eléctrica para reducir la resistencia de los devanados.
Opere el transformador a su carga óptima o cerca de ella para evitar corrientes excesivas.
Mejore la eficiencia operativa general minimizando la carga innecesaria y optimizando el diseño del sistema.
Pérdidas por Hierro
Las pérdidas por hierro, o pérdidas en el núcleo, ocurren en el núcleo magnético del transformador debido al flujo magnético alternante. Estas pérdidas son independientes de la carga y permanecen relativamente constantes bajo condiciones de operación normales. Las pérdidas por hierro constan de dos componentes:
Pérdidas por Histeresis: Este tipo de pérdida resulta de la magnetización y desmagnetización repetitiva del material del núcleo bajo corriente alterna. La energía se pierde en forma de calor debido a la fricción interna de los dominios magnéticos. El uso de materiales de núcleo con un bucle de histeresis estrecho, como el acero silicio orientado en grano, puede reducir significativamente esta pérdida.
Pérdidas por Corrientes Parásitas: Los campos magnéticos alternantes inducen corrientes circulantes (corrientes parásitas) dentro del núcleo, lo que lleva a calentamiento resistivo. Estas pérdidas se minimizan construyendo el núcleo con laminaciones finas e aisladas orientadas paralelamente al flujo magnético, lo que restringe la trayectoria de las corrientes parásitas. Los diseños avanzados de núcleo y los materiales de alta resistividad también ayudan a reducir las pérdidas por corrientes parásitas.
Estrategias para Reducir las Pérdidas de los Transformadores
Reducir las pérdidas de los transformadores mejora la eficiencia, reduce los costos de operación y prolonga la vida útil del equipo. Las medidas clave incluyen:
Seleccionar Transformadores de Alta Eficiencia: Los transformadores de alta eficiencia modernos utilizan materiales avanzados y diseños optimizados para minimizar tanto las pérdidas por cobre como las pérdidas por hierro.
Optimizar el Diseño: La selección cuidadosa de los materiales del núcleo, las configuraciones de los devanados y los sistemas de enfriamiento puede reducir significativamente las pérdidas totales.
Realizar Mantenimiento Regular: Las inspecciones y el mantenimiento rutinario, como limpiar los devanados, verificar los sistemas de enfriamiento y mantener la calidad del aceite en los transformadores de aceite, aseguran una operación eficiente continua.
Evitar Sobrecargas: La sobrecarga excesiva aumenta las pérdidas por cobre y el estrés térmico, acelerando la degradación del aislamiento y reduciendo la confiabilidad.
Ajustar la Capacidad a la Carga: Dimensionar correctamente el transformador según la demanda real de la carga evita ineficiencias en cargas ligeras y reduce las pérdidas en no carga.
En conclusión, minimizar las pérdidas de los transformadores es esencial para la conservación de energía y la operación confiable de los sistemas de potencia. Por lo tanto, la reducción de pérdidas debe ser una consideración clave en la selección, diseño y operación continua de los transformadores.
