Reparación y realización de un ensayo en un pequeño transformador de seguridad

Transformador de seguridad de 12VA

En ocasiones los pequeños transformadores para protegerlos frente a cortocircuitos, en alguno de sus bobinados disponen de un fusible térmico cuya función es interrumpir la alimentación al propio transformador cuando se produce un aumento excesivo de temperatura.

Fusible térmico

Si este es nuestro caso, el transformador se puede reparar, lo primero es dejar al descubierto los bobinados quitando la cinta que los recubre, si se encuentra el fusible térmico, se procederá a comprobar su continuidad, pero si está en un lateral, habrá que desmontar el circuito magnético, es decir, las láminas de hierro que componen su núcleo, para ello lo más fácil es usar un pequeño objeto acabado en punta y con un martillo golpear por uno de los laterales del transformador para deslizar una a una las láminas hasta sacarlas, las primeras son las que más cuesta, pero una vez hecho esto, el resto casi se sacan con la mano.

Láminas del núcleo del transformador

El siguiente paso es terminar de destapar los bobinados hasta quedar a la vista el fusible térmico, en el caso de que lo tenga. Para asegurarnos qué es lo que está fallando, con un polímetro mediremos continuidad tanto en los bobinados como en el propio fusible térmico, y en este caso, se verifica que efectivamente es este último el que no tiene continuidad.

Ahora ya podemos empezar a reparar el transformador, yo he preferido no volver a instalar otro fusible térmico, y simplemente he soldado un cable a cada terminal del bobinado primario y después he vuelto a recubrirlo con cinta aislante.

Posteriormente se protegerá externamente el transformador mediante el uso de un fusible. Una vez hecho esto se procede a volver a montar el núcleo del transformador, primero se comienza colocando las láminas con forma de "E" y después las láminas "I" se encajarán en los huecos. Por último para evitar que las láminas de hierro vibren y hagan ruido cuando se ponga en marcha el transformador, se aplica una capa de barniz.

Aplicación de una capa de barniz

A continuación queda probar si este funciona, pero ocurre que también cabe la posibilidad que el aumento de temperatura hubiera afectado considerablemente a los bobinados haciendo que el barniz que recubre el hilo de cobre se hubiera calentado perdiendo en algunas zonas su capacidad aislante haciendo que varias espiras se unan, por lo que la resistencia del conjunto del bobinado haya bajado hasta valores que imposibilitan su uso, y que, al conectarlo a la red o bien comience a calentarse hasta valores excesivos o directamente se produzca un cortocircuito disparando las protecciones eléctricas de la casa, con el consiguiente peligro.

Circuito de prueba con bombilla es serie

Como no hay manera de saber de forma rápida cuál es la resistencia así como la impedancia que tienen que tener los bobinados, (a no ser que tengamos otro transformador igual o la tabla de características del fabricante), sería muy arriesgado conectarlo a la red directamente, por lo que se debe conectar el bobinado primario en serie con un elemento que limite la intensidad en el caso de que el bobinado del transformador esté en cortocircuito, en este caso usaremos una bombilla de la misma tensión nominal que la bobina primaria.

Al hacer esto, si el bobinado esta en cortocircuito, la bombilla se encenderá con normalidad o por lo menos de forma tenue, pero si permanece apagada por completo es síntoma de que la resistencia del bobinado es lo suficientemente elevada como para impedir que la propia bombilla se encienda, esto ya es un buen indicio de que está en buenas condiciones.

ENSAYO DEL TRANSFORMADOR.

Ahora que sabemos que el primario no ha sufrido aparentemente daños vamos a realizar una serie de pruebas que nos darán indicaciones más precisas de su estado.

Ensayo en vacío.

La primera prueba se denomina ensayo en vacío con la que podremos medir si las tensiones del secundario del transformador son correctas.

Para realizar esta prueba, en el secundario no habrá ninguna carga conectada, es decir, el bobinado secundario estará abierto y no circulará a través de él intensidad.

Tensión de alimentación al transformador con la bombilla en serie

Como por el secundario no circula ninguna intensidad, por el primario circulará una intensidad muy pequeña (solo la intensidad correspondiente a las pérdidas en el cobre -casi despreciables- y en el hierro) por lo que, como la bobina está en serie con la bombilla, también apenas circulará intensidad por esta última, de este modo la caída de tensión que se produce en la propia bombilla será de unos pocos voltios y el transformador estará alimentado por prácticamente la tensión de red, lo que nos posibilitará realizar ciertas pruebas.

Tensión del secundario en vacío

Una vez que se ha conectado el circuito a la red, se procede a medir tensiones en el secundario para comprobar si estas son correctas a lo que marca la placa de características del transformador.

Las tensiones que se registren son las correspondientes a las tensiones de vacío del transformador ya que no existe carga en el secundario, y por eso serán algo más elevadas que cuando se conecta una carga al mismo ya que como no circula intensidad por el bobinado, tampoco se produce una caída de tensión en dicho bobinado.

Intensidad del primario en ensayo de vacío

Ahora vamos a medir la intensidad que circula por el primario cuando el secundario está en vacío, para ello intercalamos en serie el amperímetro junto con la bombilla, si comprobamos que la intensidad está dentro de valores aceptables podremos entonces quitar la bombilla y conectar el transformador directamente a la red, pero manteniendo el amperímetro, con esto obtendremos la intensidad en vacío.

Resistencia del primario

Otro dato que nos podría indicar que el bobinado podría no estar en condiciones aceptables es calcular la perdidas en el cobre, para ello con el transformador totalmente desconectado mediremos con un ohmímetro la resistencia de la bobina primaria, y aplicando la siguiente ecuación:

 Potencia perdida en el cobre [PpCu] = I²₁ · R₁

podremos calcular la potencia que se pierde por efecto Joule o calentamiento en los bobinados.

En un ensayo en vacío debido a que la intensidad que circula por el primario es muy pequeña (comparada con la intensidad nominal en carga), el valor de la potencia perdida en los bobinados (también llamada potencia perdida en el cobre) que debemos obtener tiene que ser casi despreciable ya que como apenas circula intensidad, las perdidas debidas al calentamiento por efecto Joule son también despreciables.

Pero si la resistencia del bobinado es más baja de lo debido, ya que, como ha trabajado durante un tiempo prolongado en régimen de sobrecarga, se podría haber dañado el aislamiento entre espiras de la bobina, y el valor que obtendríamos en este cálculo ya no sería tan pequeño, y daría como consecuencia un recalentamiento elevado del transformador, aún sin carga.

Las medidas que se han obtenido son: Resistencia 248 ohmios y 0,04 amperios

PpCu = 0,04² · 248 = 0,40 W

Ensayo en cortocircuito.

Montaje del ensayo en cortocircuito

Este ensayo consiste en cortocircuitar el secundario del transformador intercalando un amperímetro y alimentar progresivamente desde una tensión de cero voltios el primario hasta que el amperímetro llegue a la intensidad nominal máxima de trabajo del secundario, de tal manera que sin necesidad de ir colocando cargas al secundario, (imagínese por ejemplo la cantidad de receptores eléctricos que habría que conectar al secundario de un transformador de 1000 kVA para que por este bobinado circule la intensidad máxima de trabajo, ¡no habría espacio en el lugar del ensayo!), podemos llevar el transformador a su carga máxima sin necesidad de conectar un receptor a sus bobinados.

Para regular la tensión lo ideal es utilizar un auto-transformador regulable, pero como no dispongo de este he usado otro transformador el cual me da una tensión de salida que aplicada al primario del transformador que estamos probando con su secundario en cortocircuito consigo que circule por este aproximadamente 1,1 amperios, (1 amperio es la intensidad máxima que marca las características del trafo).

Conclusiones.

Cuando se ha calculado las perdidas en el cobre en el ensayo en vacío, se ha obtenido que las pérdidas son de 0,4 vatios, y teniendo en cuenta que en este tipo de ensayos los valores de potencia perdida en el cobre son despreciables, ya que los valores suelen ser de centésimas de vatio e incluso menos, al obtener casi medio vatio en un transformador de 12 VA es ya un valor un tanto sospechoso por ser algo elevado y habrá que vigilar el transformador durante su uso normal.

En el ensayo de cortocircuito se ha tenido que alimentar con 51,4 voltios, esto es lo que se conoce como tensión de cortocircuito y teniendo en cuenta que se expresa en tanto por ciento con respecto a la tensión nominal, estamos hablando de una tensión de cortocircuito de 22,35 %, parece un poco elevada, sin embargo, al ser un transformador de seguridad y poseer un elemento de protección térmica como el fusible térmico junto al bobinado primario, indica que este transformador es del tipo resiste parcialmente a los cortocircuitos y debido a ello suelen tener una tensión de cortocircuito algo elevada.

Bobinado primario y secundario

Bobinado primario con nuevo cableado

Chasis de plástico que contiene las bobinas primaria y secundaria y las separa eléctricamente ante cualquier fallo de aislamiento (trafo de seguridad)

Si se cortocircuita el secundario el aumento de intensidad en el primario produce el encendido de la bombilla