¿Qué es un devanado de transformador?

Si estás interesado en la electricidad y la electrónica, seguramente has escuchado el término “devanado de transformador” en más de una ocasión. Pero ¿realmente sabes qué es y para qué se utiliza? Si no es así, te invitamos a seguir leyendo para descubrir todo lo que necesitas saber sobre este componente fundamental en el funcionamiento de transformadores eléctricos.

El devanado de un transformador es un componente clave de cualquier transformador. Sin él, los transformadores no podrían funcionar. Comprender qué es un devanado de transformador y cómo funciona es esencial para comprender cómo funcionan los transformadores. ¡Sigue leyendo para aprender todo sobre los devanados de transformadores!

Contenido

¿Qué es el devanado del transformador?

El devanado del transformador es un método para transferir energía eléctrica de un circuito a otro.

Un transformador consta de dos o más conjuntos de bobinas, generalmente denominadas primaria y secundaria, que se enrollan en un solo núcleo. Los devanados primarios aceptan energía de corriente alterna (CA) entrante de una fuente externa y la convierten en un campo magnético. Luego, este campo se transfiere a los devanados secundarios que transforman la CA en una salida de CA de voltaje más bajo adecuada para usar en aplicaciones de baja potencia.

El devanado del transformador también se puede usar para aumentar o disminuir el voltaje de CA o convertir el voltaje de CA entre dos frecuencias diferentes. De esta forma, los transformadores son componentes esenciales en muchos circuitos, especialmente en aquellos del sector industrial donde se deben procesar grandes cantidades de energía.

Los devanados del transformador vienen en dos variedades principales: el devanado de onda y el de vuelta.

Al tejer las bobinas primaria y secundaria en un patrón de “S”, se forma un devanado ondulado; esta disposición transfiere eficientemente la energía de la bobina primaria a la secundaria. Un devanado de vueltas utiliza espiras adyacentes para pasar corriente de un lado a otro entre las dos bobinas, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones de alta potencia donde la eficiencia es importante.

¿Qué es un devanado de transformador?

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Diseño de bobinado de transformador

Material utilizado en el devanado del transformador

La construcción física del devanado de un transformador generalmente se compone de alambre de cobre o aluminio, materiales aislantes de papel o fibra de vidrio y varios tipos de aceites. El cobre es el material más utilizado para los devanados de transformadores, ya que tiene una conductividad eléctrica superior en comparación con el aluminio y otros materiales.

El grosor del cable utilizado en los devanados dependerá de la clasificación de voltaje, la clasificación de potencia y el rango de frecuencia para el cual está diseñado el transformador. Las capas aislantes de papel o fibra de vidrio se envuelven alrededor de cada capa (o bobina) del devanado para garantizar que no haya riesgo de cortocircuitos entre las bobinas debido a un contacto accidental entre sí.

Además, se puede incorporar aceite mineral o fluido de silicona en un diseño de devanado para brindar capacidad de enfriamiento adicional y protección contra la corrosión.

Transposición de conductores en devanados de transformadores

El propósito de la transposición en los diseños de devanados de transformadores es minimizar el efecto de la inductancia magnetizante y el flujo de fuga. La transposición se puede lograr disponiendo los conductores de manera que dos conductores adyacentes estén enrollados en direcciones opuestas. Esta disposición ayuda a reducir los efectos capacitivos entre los devanados, lo que mejora el rendimiento. Además, la transposición también ayuda a reducir el ruido y la distorsión de voltaje causados ​​por las pérdidas por histéresis magnética, así como a mejorar el aumento de temperatura en todas las partes del devanado de un transformador. [2]

Posicionamiento de devanados de AT y BT en un transformador

Los devanados HV (Alto voltaje) y LV (Bajo voltaje) de un transformador generalmente se colocan muy cerca uno del otro. Esta disposición ayuda a reducir la magnitud de la inductancia magnetizante y el flujo de fuga, lo que mejora la eficiencia. Además, colocar los devanados más juntos también reduce los requisitos de espacio para la instalación, lo que la hace más rentable. En algunos casos, los devanados de alta tensión y baja tensión pueden estar físicamente separados por finas capas aislantes con espacios entre ellas. Esta disposición permite una capacidad de refrigeración adicional, así como protección contra el contacto accidental entre los dos devanados.

¿Qué es un devanado de transformador?

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Es el proceso de conectar un devanado al núcleo de un transformador con el fin de cambiar la energía eléctrica de una forma a otra. Esto se logra mediante el uso de diferentes configuraciones de bobinas y materiales que se eligen en función de la aplicación deseada. La complejidad del ensamblaje del devanado de un transformador depende de su tamaño y clasificación de voltaje, así como también del tipo de corriente que se utiliza. Es importante utilizar materiales de calidad al construir ensamblajes, ya que su rendimiento puede verse afectado por factores ambientales como la temperatura, la humedad, las vibraciones y los golpes.

Los devanados de los transformadores también deben construirse con extrema precisión para garantizar un rendimiento óptimo durante toda su vida útil. Dependiendo de su aplicación, se pueden usar técnicas tanto manuales como automatizadas para crear las conexiones necesarias entre los cables y terminales de la bobina. Se deben implementar medidas de control de calidad durante todas las fases del proceso de ensamblaje para garantizar que los devanados estén libres de cortocircuitos y otros defectos. Los pasos finales en el ensamblaje del devanado de un transformador involucran los procesos de aislamiento, montaje y cableado. Se deben utilizar materiales aislantes de calidad para evitar la descarga accidental de electricidad dentro de la unidad. Además, todos los componentes deben estar montados de forma segura en el marco y cableados entre sí de acuerdo con las especificaciones eléctricas.

Una vez que se hayan completado estos pasos, se debe realizar un procedimiento de prueba exhaustivo para verificar que funcione correctamente antes de enviarlo para su instalación en el espacio designado. [3]

Devanados Concéntricos y Sandwich

El devanado de un transformador se puede construir de dos formas principales: un devanado concéntrico o un devanado sándwich. Un devanado concéntrico es el tipo más común de devanado de transformador y consta de dos devanados que están enrollados en el mismo núcleo. Los devanados están enrollados de tal manera que hay diferentes capas de alambre, y cada capa tiene su propia bobina de alambre. Este diseño aumenta la flexibilidad y permite un mejor aislamiento entre los devanados.

A diferencia de un devanado concéntrico, un devanado sándwich tiene dos núcleos separados y, por lo tanto, requiere dos juegos de bobinas separados. En este diseño, un lado del transformador contiene todas las bobinas primarias mientras que el otro lado contiene solo bobinas secundarias. Este diseño ofrece una mayor eficiencia ya que reduce las pérdidas de acoplamiento entre las bobinas primaria y secundaria. Además, este diseño permite una mejor regulación del flujo de corriente en el transformador y también reduce las pérdidas por corrientes parásitas.

La elección entre un devanado concéntrico o un devanado sándwich dependerá de la aplicación en cuestión y sus requisitos, como el tamaño y la eficiencia. Algunos otros factores que deben tenerse en cuenta al decidir qué tipo de devanado usar son el costo, el peso, el aumento de temperatura y las restricciones de tamaño. En última instancia, ambos diseños ofrecen ventajas y desventajas según la aplicación, por lo que se debe considerar cuidadosamente al seleccionar qué devanado de transformador es el más adecuado para su proyecto. [4]

¿Qué es un devanado de transformador?

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Devanados cilíndricos

Los devanados cilíndricos se utilizan en transformadores para crear un devanado con mayor área de superficie y, por lo tanto, mayor capacidad de corriente. Estos tipos de devanados suelen tener el cable envuelto alrededor de una forma cilíndrica, o “cubierta”, que está hecha de material aislante, como aislamiento a base de papel o película de poliéster. Este tipo de devanado se usa comúnmente en aplicaciones de alto voltaje, debido a su mayor área de superficie y mayor eficiencia energética.

Devanados helicoidales

Los devanados helicoidales se fabrican enrollando el cable en un patrón helicoidal alrededor de un núcleo de aislamiento. Este tipo de bobinado permite dar más vueltas al cable, lo que aumenta la salida de voltaje y la eficiencia energética. Los devanados helicoidales se usan típicamente en transformadores de bajo voltaje porque pueden proporcionar una corriente más alta con menos resistencia que los devanados cilíndricos.

Devanados de nido de abeja

Los devanados de panal son similares a los devanados helicoidales pero con alambres que están envueltos en una serie de formas hexagonales en lugar de una sola bobina. Esto le da a los devanados de nido de abeja una mayor flexibilidad y una mayor área de superficie, lo que les permite usarse en aplicaciones de alto y bajo voltaje. Los devanados de nido de abeja también son más eficientes que otros tipos de devanados y ofrecen una mayor eficiencia energética.

Devanados cruzados

Los devanados cruzados son un tipo único de devanado en el que el cable se enrolla de un lado del primero al otro y luego de regreso.

Esto crea dos capas separadas para cada turno, lo que ayuda a aumentar la eficiencia energética y reducir la pérdida de calor. Los devanados cruzados se usan comúnmente en transformadores de voltaje medio y se pueden encontrar en tipos cilíndricos y helicoidales.

Bobinados de disco continuos

Los devanados de disco continuo son un tipo de devanado en el que el alambre se enrolla en una placa circular plana o “disco”.

Este tipo de devanado le da al transformador una mayor tensión y capacidad de corriente que otros devanados, al mismo tiempo que reduce su tamaño y peso. Los devanados de disco continuo se usan comúnmente en transformadores de alto voltaje donde el tamaño y el peso son factores importantes.

Devanados de capa

Los devanados de capas se hacen enrollando el cable en capas una encima de la otra hasta alcanzar el número deseado de vueltas. Este tipo de bobinado maximiza el área de superficie y ayuda a mantener las pérdidas de calor al mínimo. Los devanados de capas se usan típicamente en transformadores de bajo voltaje, pero también se pueden encontrar en aplicaciones de alto voltaje.

Devanados de lámina

Los devanados de lámina consisten en una o más capas de cobre o papel de aluminio enrolladas alrededor de dos carretes, generalmente conocidos como devanados primario y secundario. Estos devanados están conectados en un diseño de circuito cerrado (autorregulado) o de circuito abierto (no autorregulado). Cada capa está separada por un material aislante como papel, película plástica o cinta de mica para evitar cortocircuitos entre diferentes vueltas. El número de capas depende de la capacidad de corriente requerida y la clasificación de voltaje para cada devanado. [5]

¿Qué es un devanado de transformador?

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Los devanados cilíndricos son un tipo de devanado de transformador que tiene forma cilíndrica y está enrollado sobre un núcleo de hierro.

Se utilizan en transformadores de alto voltaje, como transformadores de potencia, para proporcionar un mayor aislamiento entre bobinas individuales. Los devanados cilíndricos se pueden subdividir en devanados abiertos (también conocidos como tipo disco) y devanados apilados (también conocidos como tipo bobina).

Los devanados de devanado abierto generalmente se usan para aplicaciones de voltaje más bajo, mientras que los devanados de devanado apilados son más adecuados para voltajes más altos.

En ambos casos, el espacio entre las capas de bobinas crea un espacio de aire que ayuda a proteger contra fugas eléctricas o cortocircuitos. Además, la forma cilíndrica del devanado ayuda a reducir las pérdidas por corrientes parásitas.

Los devanados cilíndricos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, incluidos transformadores de potencia, sistemas de energía solar, motores y generadores eléctricos, así como redes de comunicación. Son componentes altamente eficientes y fiables que garantizan un funcionamiento seguro del dispositivo o sistema.

Además de sus usos en transformadores, los devanados cilíndricos se pueden encontrar en varios otros dispositivos electrónicos, como relés e interruptores. Mediante el uso de estos devanados, es posible reducir el tamaño y el peso de los equipos electrónicos y, al mismo tiempo, proporcionar un aislamiento adecuado por motivos de seguridad. Por lo tanto, ofrecen una importante medida de ahorro de costos al diseñar proyectos de electrónica a pequeña escala.

Finalmente, los devanados cilíndricos también se han utilizado como medio de calentamiento inductivo, lo que permite una producción más rápida y eficiente de piezas metálicas. Este proceso se ha utilizado en una variedad de industrias, incluidas la automotriz, la electrónica y la aeroespacial.

Ventajas de los devanados del transformador

Los devanados de los transformadores ofrecen una serie de ventajas en comparación con otros tipos de diseños de devanados.

Una de las mayores ventajas es que pueden proporcionar salidas de voltaje más altas que otras bobinas debido a su mayor eficiencia. Esto significa que se puede generar más energía con menos entrada de energía del propio transformador, lo que se traduce en menos desperdicio de energía y mayores ahorros de costos para el usuario.

Además, los devanados de los transformadores también son mucho más resistentes a los cortocircuitos y las interferencias de fuentes externas, como campos electromagnéticos dispersos. Esto los hace ideales para su uso en sistemas de circuito cerrado donde se requiere aislamiento eléctrico.

Finalmente, los devanados de los transformadores también son mucho más fáciles de mantener ya que requieren menos componentes y conexiones que otros diseños de devanados. Todas estas cualidades hacen que los devanados de transformadores sean una excelente opción para muchas aplicaciones.

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Desventajas de los devanados del transformador

Los devanados de los transformadores pueden ser bastante costosos, ya que generalmente involucran núcleos más grandes y varias capas de material aislante. Además, enrollar un transformador requiere habilidad y precisión para garantizar que los componentes centrales estén correctamente alineados y aislados. Sin el aislamiento adecuado, el transformador podría sobrecalentarse o funcionar mal durante el funcionamiento.

Otros problemas potenciales incluyen una eficiencia deficiente debido a un enfriamiento inadecuado de los devanados, así como un rango de regulación de voltaje limitado cuando se usan juegos de devanados múltiples. Esto significa que es posible que los transformadores con múltiples juegos de devanados no puedan entregar una potencia de salida constante en diferentes condiciones de carga.

Finalmente, la fabricación de un transformador requiere más tiempo que otros tipos de equipos eléctricos, ya que cada capa de cable debe enrollarse cuidadosamente alrededor del núcleo para evitar cortocircuitos o fallas mecánicas. Como tal, estos tipos de transformadores pueden tardar más en construirse y requieren mano de obra más calificada durante el proceso de bobinado.

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Indicador>

(TWTI) es un dispositivo utilizado para medir la temperatura de los devanados del transformador durante la operación. Este dispositivo ayuda a monitorear la salud y el desempeño seguro de los transformadores.

El TWTI mide la resistencia del devanado, que se correlaciona directamente con su temperatura. Al medir este cambio en la resistencia, se puede obtener una lectura precisa de qué tan caliente o frío está un determinado devanado.

Luego, esta información se puede transmitir a un operador que puede tomar las medidas adecuadas según sea necesario. El TWTI también es importante para prevenir el sobrecalentamiento y el daño potencial a los componentes de un transformador debido a temperaturas excesivas. Un TWTI bien mantenido garantizará que todas las lecturas sean precisas y que se puedan tomar las medidas correctivas necesarias antes de que ocurra un daño grave. Además, la integración de otros sensores en un sistema TWTI puede proporcionar lecturas adicionales y más precisas.

En general, el TWTI es un dispositivo importante para mantener la salud y el rendimiento de un transformador al proporcionar lecturas precisas de temperatura de sus devanados. A través del mantenimiento y la calibración regulares, este dispositivo puede ayudar a prevenir el sobrecalentamiento y el daño a los componentes de un transformador, asegurando que se mantenga seguro y eficiente durante la operación.

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Preguntas>

¿Por qué se utiliza el devanado en los transformadores?

El devanado se usa en transformadores para crear un campo electromagnético que se puede usar para transferir energía eléctrica de un circuito a otro. El devanado del transformador consta de bobinas de alambre de cobre aislado, que se enrollan alrededor de un núcleo hecho de material de alta permeabilidad, como hierro o ferrita. Al controlar el número y la disposición de las vueltas en los devanados, los ingenieros pueden ajustar varias características, como la relación de voltaje y la coincidencia de impedancia para la aplicación deseada. El devanado también crea un camino de baja resistencia para que la corriente eléctrica fluya entre los circuitos primario y secundario. Esto permite una conversión de energía eficiente dentro del transformador al tiempo que garantiza pérdidas mínimas debido al calentamiento por resistencia.

¿De qué está hecho el devanado del transformador?

El devanado del transformador está compuesto por una serie de conductores aislados de cobre o aluminio enrollados juntos. Es importante que cada hebra del devanado esté correctamente aislada para evitar cortocircuitos entre los devanados adyacentes y tierra, lo que podría provocar daños en el transformador. El aislamiento también debe proporcionar suficiente resistencia eléctrica para que no se rompa durante el funcionamiento normal. Se utilizan materiales de alta calidad para el devanado de transformadores, incluidos alambre esmaltado, papel aglomerado con resina, cintas de mica y telas impregnadas con barniz. Además, algunos transformadores usan múltiples capas de devanados para aumentar sus valores nominales de voltaje y corriente. Cada capa de bobinado puede tener diferentes números de vueltas y espesores dependiendo de la aplicación.

El devanado del transformador también puede incorporar características adicionales, como el refuerzo del núcleo, que es importante para los grandes transformadores. El refuerzo del núcleo ayuda a evitar el calentamiento excesivo y reduce el riesgo de fallas catastróficas en un transformador sobrecargado. El proceso de bobinado requiere cuidadosos procedimientos de diseño y construcción para garantizar un producto de alta calidad que brinde un rendimiento confiable a lo largo del tiempo.

¿Qué es la bobina del transformador vs el devanado?

Una bobina de transformador es un conjunto de bobinas de alambre aisladas que están dispuestas en una determinada configuración para crear un campo electromagnético.

La corriente eléctrica que viaja a través del devanado primario del transformador induce un flujo magnético, que luego crea un voltaje en el devanado secundario. Este proceso permite una transferencia de energía más rápida y eficiente entre dos puntos. Un devanado de transformador, por otro lado, se refiere a una sola vuelta o vuelta del cable aislado alrededor de sí mismo; puede ser parte del devanado primario o secundario según su ubicación en relación con los demás. Los devanados del transformador también se pueden construir con múltiples capas o múltiples vueltas para aumentar su eficiencia y brindar protección adicional contra cortocircuitos y arcos. Además, a menudo se utilizan como inductores en muchos circuitos eléctricos. Los devanados pueden estar hechos de cobre, aluminio u otros materiales conductores según la aplicación prevista y el rendimiento deseado.

¿Cuál es la diferencia entre el devanado principal y el devanado de arranque?

El devanado principal y el devanado de arranque son componentes clave en un transformador. El devanado principal es responsable de recibir el voltaje de CA de la fuente y luego transmitirlo a la carga. El devanado de arranque se usa durante el arranque del transformador para reducir el consumo de corriente en el devanado principal cuando se energiza, así como para suministrar corriente adicional para la protección contra irrupción. Cuando se aplica energía al transformador, la bobina de arranque de alto voltaje se activará primero antes de que la corriente llegue a los devanados principales. La mayor corriente de entrada proporcionada por esta bobina de arranque permite una activación más suave del transformador y una menor tensión en otros componentes, como fusibles o disyuntores. Una vez que se ha establecido con éxito la potencia en un transformador, ambos devanados llevarán electricidad y se derivará la bobina de arranque. Luego, el devanado principal se usa para transmitir energía desde la fuente a la carga, y se puede ajustar según los requisitos de la carga.

¿Qué es E1 y E2 en un transformador?

E1 y E2 son dos tipos de bobinado que se encuentran en un transformador. El devanado E1 es el devanado primario, que recibe energía eléctrica de una fuente externa y la sube o baja al nivel de voltaje deseado. El devanado secundario, conocido como devanado E2, toma el voltaje aumentado o reducido del lado primario y lo entrega a la carga. El número de vueltas en cada bobina se puede ajustar dependiendo de cuánto cambio de voltaje se necesite para una aplicación determinada. Ambos devanados generalmente están hechos de alambre de cobre aislado envuelto en una o varias capas alrededor de un núcleo de hierro (para transformadores de alta potencia) o un núcleo de ferrita (para transformadores de baja potencia). Dependiendo de ciertos parámetros de diseño, se pueden usar diferentes tipos de construcción de devanados, como devanados concéntricos, en capas e intercalados.

¿Cuántas bobinas hay en un transformador?

El número de bobinas en un transformador depende del diseño y la aplicación específicos. En términos generales, la mayoría de los transformadores tendrán dos o tres bobinas, pero los diseños de mayor potencia pueden incluir más de tres devanados. Además, ciertos tipos de transformadores pueden contener hasta siete bobinas. Por ejemplo, un transformador de audio puede tener dos devanados primarios (E1 y E2) y cuatro devanados secundarios para señales de salida en varios niveles de impedancia.

Video útil: bobinado primario del transformador

Conclusión

En conclusión, los transformadores son dispositivos electrónicos esenciales que se utilizan para transferir energía eléctrica de un circuito a otro. Consisten en dos bobinas o devanados distintos que convierten la corriente alterna en un nivel de voltaje diferente para su uso en diversas aplicaciones. Los devanados primario y secundario actúan como inductores, con el núcleo de hierro actuando como un medio electromagnético que les permite interactuar entre sí. Si bien los diseños de devanados de transformadores varían de un tipo a otro, la cantidad de vueltas en cada bobina determinará la impedancia o resistencia del transformador, un factor clave al seleccionar el dispositivo apropiado para una aplicación en particular. En última instancia, comprender cómo funcionan los devanados de los transformadores es importante para diseñar y mantener sistemas de energía efectivos.

Referencias

  1. https://uk.megger.com/applications/transformers/windings-and-leads
  2. https://www.elprocus.com/bobinado-de-transformadores/
  3. https://www.galco.com/comp/prod/trnsfmrs.htm
  4. https://www.electronics-tutorials.ws/transformer/transformer-basics.html
  5. https://www.electrical4u.com/devanado-de-transformador/
  6. https://www.electricalclassroom.com/types-of-transformer-windings/
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