En el campo de la transmisión y distribución de energía, los transformadores son equipos centrales que realizan la tarea de conversión de voltaje y transmisión de energía. Cualquiera que haya estado en contacto con transformadores encontrará un fenómeno común: el valor nominal de los transformadores siempre está indicado en kVA (kilovoltios-amperios) en lugar de kW (kilovatios). Esta no es una elección aleatoria, sino un entorno científico basado en el principio de funcionamiento de los transformadores y las necesidades de aplicación reales. Especialmente para equipos comoTransformador tipo seco de 150 kva.y el transformador de distribución de tipo seco, sus valores nominales también siguen este principio, que es crucial para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente en escenarios industriales y comerciales.
En primer lugar, debemos aclarar la función principal de los transformadores: solo transmiten energía de un circuito a otro sin cambiar la potencia ni la frecuencia. En otras palabras, los transformadores sólo pueden aumentar o disminuir los valores de corriente y voltaje bajo la condición de que la potencia y la frecuencia permanezcan sin cambios. La placa de identificación de un transformador generalmente está impresa con datos básicos como clasificación VA, tipo monofásico/trifásico ({3}}(transformador de potencia o distribución), tipo reductor-arriba/reductor-y modo de conexión, para ayudar a los usuarios a comprender el rendimiento del equipo. Entre ellos, la clasificación VA o kVA es el parámetro más crítico, que está estrechamente relacionado con la pérdida del transformador.
Los transformadores tienen dos tipos principales de pérdidas en funcionamiento, que determinan directamente su método de marcado de valor nominal:
1. Pérdida de Cobre: Se calcula mediante la fórmula I²R, la cual depende de la corriente que pasa por los devanados del transformador. Cuanto mayor es la corriente, mayor es la pérdida del cobre. Para el transformador de distribución de tipo seco, que se usa ampliamente en escenarios de distribución de energía en interiores, el control racional de la pérdida de cobre es crucial para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo-.
2. Pérdida de hierro (también conocida como pérdida de núcleo o pérdida de aislamiento): es causada por corrientes parásitas y efecto de histéresis en el núcleo de hierro, que depende del voltaje aplicado al transformador. Mientras el transformador esté energizado, la pérdida de hierro existirá de manera estable y básicamente no se verá afectada por la carga. El transformador de tipo seco de 150 kva, que se prefiere en plantas industriales pequeñas y medianas-, también tiene estas características de pérdida, y su pérdida de hierro se fija bajo el voltaje nominal.
El punto clave es que la pérdida total del transformador depende del voltaje (V) y la corriente (I), que se expresa en voltios-amperios (VA), y no tiene nada que ver con el factor de potencia de la carga (PF). Esta es la razón fundamental por la que las capacidades de los transformadores se expresan en VA o kVA en lugar de W o kW. Cuando los fabricantes diseñan transformadores como el transformador tipo seco de 150 kva ytransformador de distribución tipo seco, no pueden predecir los tipos de carga específicos a los que se conectarán los transformadores en el futuro.
La carga conectada al lado secundario del transformador puede ser resistiva (como calentadores eléctricos), inductiva (como motores), capacitiva (como capacitores) o cargas mixtas. Diferentes tipos de carga darán lugar a diferentes valores del factor de potencia. Por ejemplo, el factor de potencia de una carga resistiva pura es 1, mientras que el factor de potencia de una carga inductiva o capacitiva suele ser inferior a 1. Si el transformador tiene una potencia nominal en kW, estará limitado por el factor de potencia, lo que dará como resultado un marcado de capacidad inexacto e incluso posibles riesgos de seguridad.
Usemos un ejemplo práctico para ilustrar mejor este principio. Supongamos que tenemos un transformador elevador monofásico-elevador-, que es similar al principio de funcionamiento del transformador seco de 150 kva en términos de características de pérdida:
Valor nominal del transformador en kVA=11kVA Tensión primaria=110V Corriente primaria=100A Tensión secundaria=220V Corriente secundaria=50A Resistencia equivalente secundaria=5Ω Pérdida de hierro=30W
Caso 1: Conecte una carga resistiva al lado secundario, con un factor de potencia Φ=1. En este momento, la pérdida total del transformador es pérdida de cobre + pérdida de hierro, es decir, I²R + pérdida de hierro. Sustituyendo los valores: (50² × 5) + 30W=12530W=12.53kW. La potencia de salida del transformador es P=V × I × Cosϕ=220 × 50 × 1=11kW. La clasificación del transformador es (220 × 50) ÷ 1000=11kVA.
Caso 2: Conecte una carga inductiva o capacitiva al lado secundario, con un factor de potencia Φ=0.6. En este momento, la pérdida total del transformador sigue siendo pérdida de cobre + pérdida de hierro, que sigue siendo 12,53 kW. Sin embargo, la potencia de salida del transformador se convierte en P=220 × 50 × 0.6=6.6kW. La clasificación del transformador sigue siendo (220 × 50) ÷ 1000=11kVA.
Se puede ver en el ejemplo que el valor nominal del transformador (11 kVA) permanece sin cambios, pero la potencia de salida real varía con el factor de potencia. Esto se debe a que la pérdida del transformador sólo está relacionada con el voltaje y la corriente, no con el factor de potencia. Para el transformador de distribución de tipo seco utilizado en sistemas de distribución de energía, esta característica garantiza que pueda adaptarse a diferentes entornos de carga y mantener un rendimiento estable.
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En conclusión, el valor nominal de los transformadores está marcado en kVA en lugar de kW, lo que está determinado por las características de pérdida de los transformadores y la incertidumbre de los tipos de carga. Este método de marcado puede reflejar con precisión la capacidad máxima que puede soportar el transformador, garantizar el funcionamiento seguro y estable del equipo y también proporcionar una base científica para que los usuarios seleccionen y utilicen transformadores. Para equipos como transformadores de tipo seco de 150 kva y transformadores de distribución de tipo seco, comprender este principio es de gran importancia para la selección, instalación y mantenimiento racionales.