1

TRANSFORMADORES DE ALTA FRECUENCIA.

Presentado por: Cristhian Rodríguez (1053411)Carrera: Ing. Mecánica

Materia: Fundamento de maquinas electicas.Profesor: Donald Lugo Díaz.

2

Transformadores de alta frecuencia.

En fuentes de potencia electrónicas a menudo se requiere aislar la salida de la entrada y reducir el peso y costo de la unidad. En otras aplicaciones, como por ejemplo en aviones, existe un fuerte incentivo de reducir al mínimo el peso.

Un incremento de la frecuencia reduce el tamaño de dispositivos como transformadores, inductores y capacitores.

3

Las dos aplicaciones donde se puede visualizar de manera mas común los transformadores de alta potencia son:

- Aviones, donde generalmente la frecuencia es de 400 Hz.- Fuentes de potencia electrónica

donde la frecuencia esta entre los 5 kHz a 50 kHz

4

Este pequeño transformador pesa 0.5 kg

5

Sin realizar cambios físicos en el transformador y solo aumentando la frecuencia a de 60 Hz a 6 kHz (100 veces mayor).

Obtenemos que el voltaje primario es 100 veces mayor, es decir, de 12 kV. De igual manera el voltaje secundario es 100 veces mayor, es decir, de 2400 V.

Las corrientes permanecen iguales.

6

La «ventaja» mostrada no es tan grande como parece porque a 6000 Hz la pérdida en el núcleo es enorme (aproximadamente de 700 W), debido al incremento de la corriente parásita y a las pérdidas por histéresis. Por lo tanto, el transformador mostrado anteriormente no es factible porque se sobrecalentará muy rápido.

7

Para reducir las perdidas es necesario reducir 3 variables:

- Densidad de flujo (para reducir las perdidas en el núcleo): Para que no sea necesaria la variación del material del núcleo, basado en las propiedades del silicio de 12 mil, reducimos la densidad de flujo de 1.5 T a 0.04 T.

- Voltaje primario: Reducido a 320 V.- Voltaje secundario: Reducido a 64 V.

8

Bajo estas nuevas circunstancias obtenemos que la nueva potencia del transformador será igual a 96 VA de acuerdo a la formula:

= 320 V * 0.3 A = 96 VA.

9

10

Dado que se mantiene el mismo aumento de temperatura es necesario modificar el material del núcleo. Utilizando laminas mas delgadas de acero níquel es posible aumentar la densidad de flujo, disminuir el aumento de temperatura y mantener las perdidas en el núcleo.

Realizando un cambio el material por uno mas especializado podemos aumentar la densidad de flujo a 0.2 T por lo que tendremos un flujo máximo en el núcleo de 100 µWb.

11

El voltaje secundario correspondiente es de 320 V, por lo que la capacidad mejorada del transformador es de 320 V X 15 A = 480 VA.

12

Como nos interesa mantener la relación de voltajes original de 120 V en el primario y 24 V en el secundario. Esto de consigue muy fácil devanando el transformador.

Con una simple regla de tres determinamos el numero de vueltas necesarios en cada devanado.

13

Esta drástica reducción en el número de vueltas significa que el diámetro del alambre se puede incrementar de forma significativa. Teniendo en cuenta que la capacidad del transformador sigue siendo de 480 VA, deducimos que la corriente primaria nominal se puede aumentar a 4 A mientras que en el secundario llega a 20 A.

14

Este nuevo transformador posee el mismo peso y tamaño que el analizado al inicio pero con una eficiencia mayor.

El aumento de la frecuencia ha permitido un aumento en la capacidad de potencia del transformador. Por lo tanto, para una salida de potencia dada, un transformador de alta frecuencia es mucho más pequeño, barato, eficiente y liviano que uno de 60 Hz.

15

Bibliografía Theodore Wildi. Maquinas eléctricas y sistemas

de potencia. Sexta edición. México: PEARSON EDUCACIÓN, 2007.

http://www.directindustry.es/prod/comelit-spa/transformadores-alta-frecuencia-nucleo-ferrita-transmision-electronica-40544-826255.html

http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/4c25e4b109e74.pdf

http://www.fronius.com/cps/rde/xbcr/SID-6702A3C9-ACDFE865/fronius_international/SE_TA_High_Frequency_Transformer_With_Transformer_Switchover_ES_320365_snapshot.pdf