Concepto De Maquinas Electricas

Transformadores Un transformador es un dispositivo que cambia la potencia eléctrica alterna con un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna con otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magmático. Consta de dos o más bobinas de alambre conductor enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético común. Estas bobinas (normalmente) no están conectadas en forma directa. La única conexión entre las bobinas es el flujo magnético común que se encuentra dentro del núcleo.

Tipos y construcción de transformadores: Convertir la potencia alterna de un nivel de voltaje en potencia alterna de la misma frecuencia pero con otro nivel de voltaje. Los transformadores también se muestran para otros propósitos (por ejemplo, para muestreo de voltaje, muestreo de corriente y transformación de impedancia.

Transformadores De Medida. Hay dos transformadores especiales que se usan con los sistemas de potencia para mediciones. Uno es el transformador de potencia y el otro, es el de corriente.

Transformador De Potencia. Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra del voltaje del sistema de potencia, para que se mida con los instrumentos incorporados. Las transformaciones de potencia se construyen de dos maneras:

-Un tipo de transformador consta de una pieza de acero rectangular, lamiada, con los desvenados enrollados sobre dos de os lados del rectángulo, esta clase de construcción conocido como transformador tipo núcleo.

-El otro consta de un núcleo laminado de tres columnas, cuyas bobinas están enrolladas en la columna central, esta clase de construcción se conoce como transformador tipo acorazado.

En un transformador físico los devanados primarios y secundarios están envuelto uno sobre el otro con un devanado de bajo voltaje en la parte interna con el objetivo de: Simplificar el problema de aislar el devanado de alta tensión desde el núcleo. Producir un menor flujo disperso que el que se presentaría en caso de colocar los dos devanados separados del núcleo

A los transformadores de potencia se les llama de diferentes maneras dependiendo de su uso en los sistemas de potencia:

 Transformador de unidad (conectado a la salida de un generador y que se usa para aumentar su voltaje a niveles de transmisión más de 110 KV)

 Transformador de subestación (se encuentra al final de la línea de transmisión con niveles de bajo voltaje a niveles de distribución de 2.3 a 34.5 KV).

 Transformador de distribución (toma el voltaje de distribución y lo disminuye hasta el voltaje final al que se utiliza la potencia 110, 208, 220 V).

Transformador De Corriente. Este tipo de transformador es un dispositivo diseñado para proveer una corriente secundaria mucho más pequeña pero directamente proporcional a su corriente primaria. Tipos De Construcción: Los tipos de transformadores de corriente son:

 Tipo primario devanado: Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.

 Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.

 Tipo toroidal (ventana): Tiene un devanado secundario totalmente aislado y montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.

 Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.

Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal usado, como de tipo seco, rellenos de compuestos, moldeados o en baño de líquido.

El transformador ideal Es un dispositivo sin perdidas que tiene un devanado de entrada y un devanado de salida. Las relaciones entre el voltaje de entrada y el de salida, entre la corriente de entrada y la de salida se describen de la siguiente manera:

En el transformador que se muestra tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario. La relación entre el voltaje VP(t) aplicado al lado primario del transformador y el voltaje VS(t) inducido sobre su lado secundario es: VP(t) / VS(t) = NP / NS = a

En donde a se define como la relación de espiras del transformador a = NP / NS

La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es: NP * iP(t) = NS * iS(t)

iP(t) / iS(t) = 1 / a

En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son: VP / VS = a

IP / IS = 1 / a

 Dónde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada.

 (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida.

 (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada.

 (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

1. Si el voltaje primario es positivo en el extremo del devanado marcado con punto con respecto al extremo que no tiene marca, entonces el voltaje secundario también es positivo en el extremo marcado con punto. Las polaridades del voltaje son la misma con respecto a los puntos en cada lado del núcleo.

2. Si la corriente primaria del transformador fluye hacia dentro en el extremo marcado con punto del devanado primario, la corriente secundaria fluirá hacia fuera en el extremo marcado con punto del devanado secundario.

Potencia en un transformador ideal: La potencia suministrada al transformador por el circuito primario se expresa por medio de la ecuación: Pentr = VP * IP * cos ð P .En donde ð p es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundaria. La potencia que el circuito secundario suministra a sus cargas se establece por la ecuación: Psal = VS * IS * cos ð S

En donde ð s es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundarios. Puesto que los ángulos entre el voltaje y la corriente no se afectan en un transformador ideal, ðp_ð s=ð. Las bobinas primaria y secundaria de un transformador ideal tienen el mismo factor de potencia. ¿Cómo se compara la potencia que va al circuito primario del transformador ideal, con la potencia que sale por el otro lado? Es posible averiguarlo por medio de las ecuaciones de voltaje y corriente. La potencia que sale de un transformador es: Psal = VS *IS* cos ð

Aplicando las ecuaciones de relación de espiras nos resulta Vs = Vp / a y Is = a * Ip así que: Psal = (VP/a) * a * IP * cos ð

Psal = VP * IP * cos ð = Pentr

De donde, la potencia de salida de un transformador ideal es igual a su potencia de entrada. La misma relación se aplica a la potencia reactiva Q y la potencia aparente S. Qentr= VP *IP *sen ð = VS *IS *sen ð = Qsal

Sentr = VP *IP = VS *IS = Ssal

Transformación de la impedancia por medio de un transformador

La impedancia de un artefacto o un elemento se define como la relación fasoriales entre el voltaje y la corriente que lo atraviesan:

ZL = VL / IL

Una de las propiedades interesantes de un transformador es que puesto que cambia los niveles de voltaje o corriente, también cambia la relación entre el voltaje y corriente y por consiguiente, la impedancia aparente de un elemento. Para entender mejor esta idea véase la siguiente figura:

Si la corriente secundaria se llama Is y el voltaje secundario Vs, entonces la impedancia de la carga total se expresa por: ZL = VS / IS

La impedancia aparente del circuito secundario primario del transformador es: Z¢ L = VP / IP

Como el voltaje primario se puede expresar: VP = a * VS

Y la corriente primaria: IP = IS / a

La impedancia del primario es Z¢ L = VP /IP = (a * VS) / (IS /a) = a² * (VS / IS)

Z¢L = a² * ZL

Con un transformador es posible acoplar la magnitud de la impedancia de la carga con la magnitud de la impedancia de la fuente escogiendo sencillamente la relación apropiada de espiras.

Análisis de los circuitos que contienen transformadores ideales Si un circuito contiene un transformador ideal, entonces la forma más fácil de calcular los voltajes y corrientes del circuito es reemplazar la porción del circuito de uno de los lados del transformador por uno equivalente con las mismas características terminales. Después que el circuito equivalente se ha sustituido por un lado, el circuito resultante (sin transformador) puede calcularse por sus voltajes y corrientes. En la porción del circuito que no se modificó, los resultados obtenidos serán los valores correctos de los voltajes y corrientes del otro lado del transformador. El proceso de reemplazar un lado de un transformador por su nivel de voltaje equivalente del otro lado se llama reflexión o referencia del primer lado al segundo lado.

Corriente de excitación (perdida por histéresis y Foucault) La base de la operación de un transformador se puede derivar de la ley de Faraday:

l1: Es el flujo concatenado a la bobina del primario.

N1: Número de vueltas del devanado primario.

F: Flujo promedio por vueltas confinado al núcleo

Corriente de excitación total en un transformador

Hay que tomar en cuenta los siguientes aspectos de la corriente de pérdidas en el núcleo:

La corriente de pérdidas en el núcleo es no lineal debido a los efectos no lineales de la histéresis.

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