Cuando un fabricante de textiles en Bangladesh adoptó maquinaria de vanguardia de Japón, esta maquinaria fue diseñada para funcionar con un voltaje nominal de 200 voltios, tres fases. Sin embargo, el suministro local de la fábrica era de 400 voltios, tres fases, como es estándar en el sur de Asia. Un transformador reductor típico habría modificado el suministro de la fábrica de 400 voltios a 200 voltios, ya que el suministro de la fábrica era irregular, y la caída de voltaje hasta un máximo de 370 voltios en períodos pico creaba problemas para las máquinas de 200 voltios. Era evidente que un simple transformador reductor no funcionaría aquí. Lo que se necesitaba en su lugar era un transformador elevador con un devanado secundario con tomas. Tal transformador proporciona un medio para añadir o restar un porcentaje del voltaje primario y, por lo tanto, cambiar parámetros para compensar la caída de voltaje. El transformador elevador se configuró para proporcionar un 10 por ciento adicional del voltaje entrante, proporcionando un voltaje constante de 200-220 voltios para las máquinas de tejido independientemente de cualquier fluctuación en el suministro. El problema de subvoltaje y sobrecalentamiento cesó, y la fábrica volvió a un rendimiento normal.
Resumen: Un transformador elevador se utiliza para modificar el suministro de voltaje dentro de un rango aceptable de +5% a -20%, mientras solo procesa la porción modificada de la energía; por lo tanto, es mucho más pequeño y barato en comparación con un transformador estándar de carga kVA equivalente. Las soluciones más adecuadas para el mercado internacional son unidades de transformadores buck-boost estándar preconfiguradas utilizadas para la corrección de voltaje, transformadores personalizados para aplicaciones industriales y no estándar, y equipos de regulación de voltaje integrados con interruptores automáticos para los casos de inestabilidad en el suministro.
Lo que hace un transformador elevador — y cómo se diferencia de un transformador reductor o elevador estándar.
Independientemente de si elevan o reducen la tensión, casi todos los transformadores están compuestos por un devanado primario, un devanado secundario y un núcleo magnético. La diferencia entre los devanados primario y secundario es que no están conectados eléctricamente, mientras que la tensión del devanado secundario es una cierta proporción fija de la primaria, que se define por una relación de vueltas. Si la tensión primaria cambia, la secundaria también cambia automáticamente. No tiene sentido esperar que el transformador regule la tensión de entrada: no hace nada más que transmitir las fluctuaciones de tensión de entrada a la salida. Sin embargo, el principio de operación de los transformadores elevadores es diferente. Tales transformadores están conectados de tal manera que su tensión secundaria se suma o se resta de la tensión primaria, logrando así una tensión de salida que difiere de la tensión de entrada por un valor específico. Además, los transformadores elevadores no están destinados a convertir toda la electricidad de carga de una tensión a otra: su aplicación se limita a ajustar un ligero desajuste entre tensiones. Por ejemplo, un transformador elevador puede cambiar una tensión de entrada de 208 voltios a una tensión de salida de 240 voltios, o convertir 480 voltios en 416 voltios, o mantener una tensión de salida de 400 voltios cuando se le da una entrada de solo 370 voltios, etc. El principal beneficio económico de un transformador elevador es que no es necesario comprar un transformador capaz de manejar toda la carga. El transformador elevador, en cambio, solo necesita ser capaz de manejar la diferencia entre la tensión requerida y la tensión de suministro real.
La conexión estándar para un transformador elevador es el autotransformador en el que una sola bobina sirve tanto como entrada como salida. La bobina tiene un punto de toma del cual se toma la tensión de salida entre el extremo de la bobina y el punto de toma. El autotransformador es muy eficiente en su construcción, ya que requiere menos cobre, menos acero para el núcleo y menos aislamiento, en comparación con otros transformadores aislantes. Sin embargo, no proporciona aislamiento galvánico entre la entrada y la salida; están conectados a través de un conductor común y cualquier falla que ocurra en la entrada se observará en la salida. Sin embargo, esto puede no ser un problema para muchas aplicaciones en industrias porque el equipo ya tiene interruptores automáticos y el aislamiento no es una preocupación de seguridad o funcional. El comprador debe ser consciente de esta limitación y aceptarla. Cuando se requiere aislamiento galvánico por la aplicación (por ejemplo, en un hospital, en el laboratorio o en circuitos que requieren que la salida esté flotante con respecto a tierra), el comprador debe solicitar un transformador elevador diseñado por separado que tenga devanado aislante.
Además del autotransformador, se puede utilizar un transformador de dos devanados. Esta variante proporciona las mismas ventajas mencionadas anteriormente, pero tiene un devanado completamente aislado. El transformador booster aislado tiene la misma capacidad para corregir el voltaje (agregando o restando un porcentaje del voltaje de entrada) pero al mismo tiempo asegura el aislamiento galvánico. Los diseños aislados están destinados a su uso en equipos de diagnóstico médico, instrumentos de laboratorio sensibles al ruido de tierra, circuitos donde hay necesidad de que la salida esté flotante. Pero el transformador booster aislado tiene sus desventajas: tamaño, peso y costo. Por lo tanto, es aproximadamente 50-80% más grande y pesado que el autotransformador de la misma clasificación en kVA, lo que significa que el comprador paga más por él. Los compradores que necesitan aislamiento galvánico deben darse cuenta de este compromiso si deciden comprar un transformador aislado; los compradores que no necesitan separación deben buscar otra solución.
Para una introducción a la gama completa de tipos de transformadores y sus aplicaciones específicas, consulte el catálogo de productos en Subian Eléctrico, que incluye transformadores booster, transformadores de aislamiento, transformadores de distribución y transformadores de potencia especiales para el mercado global.
Dónde se utilizan los transformadores booster: las aplicaciones globales más comunes
La tabla a continuación resume las aplicaciones más comunes para transformadores booster en diferentes industrias y regiones, la discrepancia de voltaje que el transformador corrige y la configuración típica que se especifica.
| Aplicación | Discrepancia de Voltaje | Configuración Típica del Booster |
|---|---|---|
| Conversión de 208 V a 240 V en América del Norte | Un edificio comercial o una instalación industrial ligera recibe 208 V trifásicos de la utility, pero el equipo HVAC, los compresores o las herramientas de máquina requieren 240 V. La diferencia de 32 voltios no puede ser corregida por un transformador estándar; es una aplicación clásica de booster. | Trifásico, 208 V a 240 V, conectado a autotransformador. Los transformadores buck-boost preconfigurados estándar están disponibles de todos los principales fabricantes eléctricos de América del Norte para esta combinación de voltaje específica, en clasificaciones de 0.5 kVA a 15 kVA. |
| Corrección de voltaje en el extremo de línea en alimentadores de distribución rural largos | Un cliente al final de un largo alimentador de distribución recibe un voltaje que está por debajo del valor nominal, particularmente durante períodos de carga máxima. La utility instala un transformador booster en el poste o en una base para elevar el voltaje al nivel nominal. | Monofásico, montado en poste o en base, lleno de aceite, con un cambiador de tomas automático. El transformador aumenta el voltaje en un porcentaje fijo, y el cambiador de tomas ajusta la relación a medida que varía el voltaje de entrada. |
| Equipos industriales diseñados para un voltaje extranjero | Una fábrica en un país de 400 voltios (la mayor parte de Europa, Asia, África) importa una máquina que fue diseñada para 480 voltios (América del Norte), o una fábrica en un país de 480 voltios importa una máquina que fue diseñada para 400 voltios. La discrepancia de voltaje es típicamente de 10–20%, lo cual está dentro del rango de un transformador elevador. | Trifásico, de 400 V a 480 V (o de 480 V a 400 V), conectado como autotransformador, dimensionado para la corriente de carga completa de la máquina y el porcentaje de elevación de voltaje. El transformador se instala típicamente en el panel de control de la máquina o en un recinto separado adyacente a la máquina. |
| Estabilizando un suministro fluctuante para equipos sensibles | Un centro de datos, un laboratorio o una instalación médica tiene equipos que no pueden tolerar una variación de voltaje de más de ±5%, pero el suministro local varía en ±10% o más. Un transformador elevador con un cambiador de tomas automático, o un paquete de regulación de voltaje integrado, corrige la variación. | Trifásico, con un cambiador de tomas automático, un relé de detección de voltaje y un sistema de control. El transformador monitorea el voltaje de entrada y ajusta la relación de elevación para mantener el voltaje de salida dentro de la tolerancia requerida. Esta es la solución premium de elevación, y es más cara que una unidad de relación fija, pero proporciona la estabilidad de voltaje que el equipo requiere. |
Cómo dimensionar correctamente un transformador elevador
Determinar el tamaño de un transformador elevador difiere de determinar el tamaño de un transformador de aislamiento ordinario por el hecho de que el primero solo trabaja con la igualdad de la porción que se está elevando y no con toda la carga. El proceso de dimensionamiento del transformador es el siguiente. Comience estimando la corriente de carga, es decir, la cantidad máxima de corriente que está siendo extraída por la carga en cuestión. Dado que en reposo, el equipo solo extraerá una cierta cantidad, esa información se puede obtener del equipo o llegar a ella a través de cálculos simples, teniendo el kVA o la potencia del equipo ante usted. A continuación, necesita entender cuál es la cantidad de elevación: cuánta más voltaje se necesita para alcanzar el valor de salida que ha asignado. Por ejemplo, si obtiene 208 V en la entrada y espera tener un voltaje de 240 V en la salida, tendrá 32 V de valor de elevación. Si la entrada cambia, entonces el cálculo debe hacerse tomando el valor más bajo posible.
Al determinar estas variables, podrá calcular el kVA del transformador elevador utilizando la siguiente fórmula: kVA del elevador = (Corriente en amperios × Voltaje de elevación en voltios × √3 para trifásico)/1,000. En el caso de una carga trifásica de 50 amperios y un valor de elevación de 32 V, el kVA final del transformador será igual a kVA = (50 × 32 × 1.732)/1,000 = 2.77 kVA.
Luego, debes verificar la siguiente clasificación de kVA disponible, que generalmente puede ser más alta que la tuya. En esta situación, el transformador más pequeño que puedes encontrar tendrá una tasa de kVA de 3. Así, el cliente que comete el error de seleccionar 20.8 kVA en lugar de 2.77 pagará mucho más de lo necesario solo por nada. Para ayuda con el cálculo específico para cualquier combinación de voltaje y carga, las guías de aplicación publicadas por los fabricantes como Eaton y Schneider Electric proporcionan tablas de dimensionamiento detalladas y ejemplos, y el equipo de soporte técnico en Subian Eléctrico puede ayudar con la selección del transformador booster correcto para cualquier aplicación.
Seleccionando el Mejor Transformador Booster para Sus Necesidades Específicas
Al determinar qué transformador booster es el más adecuado para un proyecto específico, más allá del cálculo de dimensionamiento necesario, muchos otros factores entran en juego. El tipo de envoltura así como la clasificación ambiental deben corresponder con la ubicación: la envoltura NEMA 1 es adecuada para una sala eléctrica seca en interiores; la envoltura NEMA 3R debe usarse para operación al aire libre; la envoltura de acero inoxidable NEMA 4X es requerida para áreas de lavado en plantas de alimentos, lácteos o farmacéuticas; NEMA 7 o NEMA 9 son la especificación para cualquier ubicación peligrosa (clasificada) en la que puedan estar presentes gases, vapores y polvos inflamables. El material de los devanados —ya sea cobre o aluminio— determina el tamaño del transformador, su eficiencia y su precio. Los devanados de cobre son mejores en términos de conductividad y, por lo tanto, conducen a un transformador más pequeño y eficiente energéticamente, mientras que el cobre cuesta más que el aluminio. El transformador con devanados de aluminio es más barato y ligero que el de cobre, sin embargo, su tamaño y pérdidas de energía son mayores. Cuando el dispositivo está normalmente cargado, los ahorros de energía que proporciona el cobre superan su precio; sin embargo, para un transformador utilizado periódicamente, tiene sentido usar aluminio. La frecuencia debe especificarse correctamente: el transformador creado para 60 Hz se sobrecalentará si se usa para 50 Hz a la misma tensión, porque se necesita un núcleo más grande para evitar la saturación. El transformador de 50 Hz puede usarse a la frecuencia de 60 Hz sin sobrecalentarse, aunque las pérdidas aumentarán ligeramente. Finalmente, se debe determinar la norma relevante (IEC 60076, IEEE C57.12.01, CSA C9, o una norma nacional local), ya que proporciona los procedimientos de control y la documentación que el fabricante debe entregar. Por lo tanto, un transformador no certificado será rechazado independientemente de sus especificaciones de rendimiento.
Para un comprador global que trata con proveedores de todo el mundo, adquirir equipos certificados y probados es mucho más importante que obtener sus especificaciones eléctricas. El fabricante respetado está obligado a proporcionar el documento del informe de prueba de rutina para cada transformador. En caso de comprar un transformador diseñado a medida o grandes cantidades de productos, se requiere la certificación de prueba de tipo de un laboratorio independiente, informes de garantía para los materiales del núcleo y los devanados, así como un informe de inspección de fabricación. Un comprador que adquiere un transformador sin todos ellos se expone a un peligro.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un transformador elevador y un transformador booster?
Un transformador elevador aumenta el voltaje a una relación o nivel específico, por ejemplo, el voltaje puede elevarse de 240 V a 480 V corrigiéndolo al nivel adecuado de voltaje de salida. Un transformador booster puede aumentar o disminuir el nivel de voltaje en un bajo porcentaje entre 5% y 20%. Está construido para manejar solo esa parte aumentada de la energía de carga, pero no con la carga completa. Los transformadores de tipo booster suelen ser menores en tamaño, peso y precios que los transformadores elevadores.
¿Se puede usar un transformador booster en reversa para reducir el voltaje?
Sí. Un transformador booster se puede usar para disminuir o reducir el voltaje en lugar de aumentarlo. Un transformador con los mismos puntos de conexión también se puede aplicar de manera diferente para aplicar el voltaje secundario para aumentar o reducirlo desde el primario. Diferentes conexiones se muestran en los diagramas de cableado donde el instalador puede elegir qué conexión se utilizará en la aplicación.
¿Proporciona un transformador booster aislamiento eléctrico?
Un transformador booster que está configurado como un autotransformador —con un solo devanado que sirve tanto como primario como secundario— no proporciona aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida. Si la aplicación requiere aislamiento, se debe especificar un transformador booster con un diseño aislante (de dos devanados), y no se debe utilizar la conexión de autotransformador. El comprador debe confirmar el requisito de aislamiento antes de ordenar el transformador.
¿Cuál es el tiempo de entrega típico para un transformador booster personalizado?
Un transformador diseñado a medida (definido como un transformador que se construye de acuerdo con requisitos particulares respecto a los valores de voltaje de entrada y salida, calificaciones de kVA o especificaciones ambientales) generalmente se fabrica con un tiempo de entrega de 8 a 14 semanas después de obtener la aprobación de los dibujos de fabricación. Por el contrario, un transformador estándar que está disponible en stock o con un tiempo de entrega de 1 a 3 semanas de grandes empresas eléctricas, es un transformador diseñado para límites de voltaje comunes como 208 V o 240 V.
Referencias
- Eaton — Guía de Aplicación de Transformadores Buck‑Boost. Fabricante de transformadores booster y personalizados, con tablas de dimensionamiento detalladas, diagramas de cableado y orientación de aplicación para las combinaciones de voltaje más comunes.
- Schneider Electric — Transformadores de Corrección de Voltaje. Fabricante de transformadores de refuerzo y buck‑boost para el mercado global, con documentación técnica que cubre la conexión del autotransformador, la metodología de dimensionamiento y los requisitos de instalación.
- IEEE C57.12.01 — Norma para Requisitos Generales para Transformadores de Distribución y Potencia de Tipo Seco. La norma IEEE que define el diseño, las pruebas y los requisitos de rendimiento para transformadores de tipo seco, incluidos los transformadores de refuerzo y buck‑boost.
- IEC 60076 — Transformadores de Potencia. La serie de normas internacionales que define el diseño, las pruebas y los requisitos de rendimiento para transformadores de potencia y distribución, adoptada en Europa, Asia, África y Oriente Medio.
El mejor transformador elevador para un cliente global es aquel que está correctamente dimensionado para la corriente eléctrica de carga y el voltaje de elevación, correctamente configurado para el voltaje de entrada y salida y especificado correctamente para el entorno de instalación y los niveles de certificación requeridos. Un transformador buck-boost estándar, preconfigurado, disponible en stock de un fabricante reconocido o un proveedor especializado es la mejor solución para aplicaciones de corrección de voltaje generalizadas — 208V-240V, 240V-208V, 480V-600V – que representa la mayor parte de la comprensión sobre la instalación de transformadores elevadores en el mundo. Una solución personalizada fabricada por una empresa con capacidades para fabricar varios modelos requeridos por la gran industria, un voltaje inusual o un entorno de trabajo severo es la opción correcta si las soluciones estándar no satisfacen las necesidades. Para el cliente que necesita un socio en el reconocimiento del problema de especificaciones, dimensionamiento y selección, Subian Electric ofrece transformadores buck-boost de todas las clasificaciones, voltajes y frecuencias junto con la certificación requerida para satisfacer las necesidades del cliente. La cuestión es que un transformador que compensa el desajuste de potencia cuesta un suspiro, pero protege equipos mucho más costosos del usuario que depende de la energía proporcionada por el transformador.