Diseño y construcción de transformador monofásico de alta frecuencia para aplicaciones de laboratorio

Abstract

En este trabajo se estudia el diseño, análisis y construcción de transformadores para uso en aplicaciones de laboratorio, operando en rangos de frecuencias muy superiores a los 50 Hz de la red industrial. Se busca establecer un método sencillo de diseño que permita construir transformadores,para que operen por sobre una frecuencia de 5 kHz, considerando todas aquellas variables determinantes en la operación y eficiencia de un transformador, más aun, considerando los efectos que se producen al utilizar un elemento magnético como estos, en rangos de media y alta frecuencia.Debido a las no linealidades presentes en un transformador, como lo son las corrientes de excitación, efectos de histéresis en el núcleo, entre otros, no existe un modelo único que permita poder diseñar un tipo de transformador con determinadas características, puesto que, como se demuestra en este trabajo uno de los factores influyentes que aparecen en el diseño de transformadores se refiere a la frecuencia, la que además, hace variar los parámetros de operación del transformador. Es por esto,que el poder establecer un método de diseño, que a su vez pueda ser comprobado por medio de la construcción de un modelo experimental de un transformador con núcleos de ferrita, resulta ser un agente importante para poder determinar la validez del método de diseño empleado. Efectos como las corrientes de Eddy, pérdidas por histéresis, efecto Piel son algunos de los problemas existentes al interior de un transformador. Estos efectos buscan ser disminuidos con la utilización adecuada de núcleos de ferrita para generar el circuito magnético. Mientras que para los devanados primarios y secundarios se estudia la utilización de cable Litz para reducir el efecto piel, que solo aparece en alta frecuencia en corriente alterna, así como también la utilización de cable de cobre laminado para la disminución de este efecto.Durante el desarrollo de esta memoria se estudiará la teoría tras los transformadores,analizando las características determinantes en el diseño de un elemento magnético como este, finalizando con un ejemplo de diseño de transformador para una frecuencia de 5 kHz, cuyo modelo de diseño de transformador será construido, con el fin de analizar y contrastar lo diseñado matemáticamente con lo que se obtiene de forma experimental. Finalmente, se ejecutarán pruebas de circuito abierto, corto circuito, así como la respuesta con carga, mostrando los resultados obtenidos.