El núcleo es la parte del transformador que forma el circuito magnético de la máquina. Su función es la de conducir el flujo magnético que se genera al circular una corriente alterna por los devanados.
Un circuito magnético está constituido esencialmente por un conjunto
de chapas magnéticas provistas de tensores (piezas de apriete y bridas)
fuertemente sujetas por bulones.
El núcleo se realiza con chapa magnética de cristales orientados y
aisladas sobre las dos caras, las chapas que constituyen el circuito magnético
del transformador tiene la propiedad de tener pérdidas relativamente bajas por
efecto de histéresis y corrientes de FOUCAULT.
Figura 1: Curvas tipo
de magnetización de algunos materiales ferromagnéticos
El núcleo de los transformadores con pérdidas en vacío normales se
realiza con chapas magnéticas clásicas, La chapa CGO (Convencional de grano
orientado).
Tabla 1: Propiedades de las chapas de grano orientado CGO
Una chapa de calidad superior, la chapa HI-B (caracterizada por
pérdidas en vacío relativamente más reducidas y valores de inducción más
elevados) generalmente tratada por láser, es utilizada para transformadores de
pérdidas en vacío reducidas. Los espesores de las diferentes chapas utilizadas
son de 0,30, 0,27 o 0,23 mm.
Tabla 2: Propiedades de la chapa de grano orientado
HI-B
● Culatas o yugos
Las culatas o yugos unen entre sí las columnas para cerrar el circuito magnético.
● Ventana
Los espacios entre las columnas y las culatas, por donde pasan los devanados, se llaman ventanas del núcleo.
● Columnas
Las columnas son las partes del núcleo donde se montan los devanados del transformador.
Figura 2: Núcleo armado de un transformador
La Armadura o Herrajes de sujeción (también llamado Bastidor) sujetan el núcleo usando tornillos opresores, que unen las chapas entre sí, y tornillos tensores que unen el yugo contra la columna eficazmente.
En el caso de que alguno de estos tornillos atraviese el núcleo deberá aislarse con tubos de papel, cartón o baquelita para que sobre él no se induzcan corrientes que puedan producir calentamientos inadmisibles.
■ Chapa
magnética laminada en caliente
Para la
construcción de núcleos se emplean chapas ferromagnéticas eléctricamente
aisladas de 0,35 mm. de espesor, constituidas por una aleación de acero y
silicio de alta calidad, del orden del 3 al 5 % estando laminadas en caliente
para obtener junto a las pérdidas mínimas, la máxima permeabilidad magnética.
El silicio aumenta la resistividad de la chapa disminuyendo las corrientes
parásitas y con ello las pérdidas por este concepto.
Las chapas laminadas al silicio se saturan con valores de inducción
más bajos que las laminaciones normales, estos valores disminuyen al aumentar
el contenido en silicio.
Además el silicio estabiliza la chapa en el sentido de evitarle
prácticamente el envejecimiento, existiendo, sin embargo, un aumento de
pérdidas con el tiempo, principalmente por la acción continua del calor.
■ Chapa
magnética laminada en frío
La ordinaria chapa magnética de laminado en caliente ha sido
sustituida por la chapa magnética de grano orientado o laminado en frío.
La diferencia
del tipo de chapa no está en su laminado primordialmente, sino en la
utilización de un acero más puro y con menor contenido en carbono que para la
chapa magnética ordinaria.
El acero al silicio cristaliza en un sistema regular centrado debido a
la acción de fuertes laminados en frío quedando de este modo orientada su
estructura cristalina en la dirección del flujo magnético. Con el fin de
eliminar tensiones internas el material se somete a tratamientos térmicos y en
tal sentido tiene valores más elevados,
entre el 20 y el 25 % a los admisibles en chapa laminada en caliente, con la
consiguiente reducción de la sección del núcleo y por tanto de las pérdidas en
el transformador.
Figura 3: Curvas características de las pérdidas
en chapas laminadas en caliente y en frío
■ Rendimientos
de las chapas magnéticas
Un decisivo progreso en la mejora de las cualidades de los materiales
magnéticos se llevó a cabo con el procedimiento de laminación en frío, según
una invención americana que se remonta al año 1934. Estas nuevas laminaciones
se obtienen de un prelaminado en caliente de pocos milímetros de espesor, con
un contenido de silicio de aproximadamente 3%, sometido a laminaciones en frío
y recocidos intermedios en atmósfera neutra. Actualmente en la fabricación de
transformadores se emplea con carácter casi exclusivo, la chapa magnética de
grano orientado laminada en frío que tiene la propiedad de poder
conducir el flujo magnético en la dirección del laminado. En estas condiciones,
las chapas de grano orientado permiten obtener mayores flujos magnéticos con
menores intensidades de campo (Amperios-vuelta/m).
Además, las
pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas se reducen considerablemente. El espesor de las chapas utilizadas es de
aproximadamente 0.30 mm. Las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas
suelen darse en vatios por kilogramo de material, referidas a 50 Hz. y 1 T (1 Tesla = 10.000 Gaus), se
añade el valor relativo a 1.5 T.
Como orientación podemos indicar que la chapa magnética ordinaria
(laminada en caliente 0.35 mm.) para transformadores, suele tener pérdidas del
orden de 0.8 - 1.3 W/Kg. (1T).
La chapa de grano orientado ofrece valores del orden de 0,4 a 0.5 W/KG
(1 T) y 1 : 1,2 KW/KG (1,5 T).
Los transformadores de fabricación actual suelen proyectarse para
inducciones que oscilan entre 1,5 y 1,8 T.
Los datos anteriores ponen en evidencia el gran progreso con la chapa
de grano orientado, la cual ha permitido conseguir objetivos fundamentales
como: reducir las pérdidas, disminuir el peso y el volumen del transformador.
■ Calidades
equivalentes según distintas normas
Como los materiales magnéticos que se utilizan
para la construcción de transformadores pueden tener distintos orígenes, en la
tabla siguiente se indican el código y las pérdidas correspondientes en W/kg,
para las normas más importantes aceptadas internacionalmente.
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