Los Trasformadores

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“FRANCISCO DE MIRANDA”

PROGRAMA:

MUNICIPALIZACIÓN - DABAJURO

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

PROFESOR: INTEGRANTES:

Dabajuro; Marzo 2012

INTRODUCCIÓN

La invención del transformador, data del año de 1884 para ser aplicado en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores, se puso en operación en los Estados Unidos de América. En el año de 1886 en Great Barington, Mass., en ese mismo año, al protección eléctrica se transmitió a 2000 volts en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeñas aplicaciones iníciales, la industria eléctrica en el mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador.

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.

El transformador monofásico es un dispositivo que se encarga de "transformar" la tensión de corriente alterna que tiene a la entrada en otra diferente a la salida. Un transformador es una máquina eléctrica estática capaz de convertir una corriente alterna en otra corriente alterna de diferente tensión e intensidad.

En el siguiente trabajo estaremos abordando sobre el transformador monofásico, su principio básico de funcionamiento, sus partes, componentes, valores nominales, polaridad circuitos equivalentes, entre otros.

Transformadores Monofásicos

Principio de funcionamiento del transformador.

El principio de funcionamiento del transformador, se puede explicar por medio del llamado transformador ideal monofásico, es decir, una máquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica.

A reserva de estudios con mayor detalle, la construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre de cuyas columnas o piernas se localizados devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente asilado entre sí.

El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente contante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador, solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambio continuamente.

El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en al bobina. La corriente, a través de la bobina, varía en magnitud con el tiempo, y por lo tanto, el flujo producido por esta corriente, varia también en magnitud con el tiempo.

El flujo cambiante con el tiempo que se aplica en uno de los devanados, induce un voltaje E1 (en el primario). Si se desprecia por facilidad, la caída de voltaje por resistencia del devanado primario, el valor de E1 será igual y de sentido opuesto al voltaje aplicado V1. De la ley de inducción electromagnética, se sabe que este voltaje inducido E1 en el devanado primario y también al índice de cambio del flujo en la bobina. Se tienen dos relaciones importantes.

V1 = - E1

E1 a N1 (0/T)

La mismo tiempo que el flujo cambia en al bobina primaria, también cambia en la bobina secundaria, dado que ambas bobinas se encuentran dentro del mismo medio magnético, y entonces el índice de cambio del flujo magnético en ambas bobinas es exactamente el mismo. Este cambio en el flujo inducirá un flujo E2 en la bobina secundaria que será proporcional al número de espiras en el devanado secundario N2. Si se considera que no se tiene carga conectada al circuito secundario, el voltaje inducido E2 es el voltaje que aparece en las terminales del secundario, por lo que se tienen dos relaciones adicionales.

E2 a N2 (0/T)

E2 = V2

En virtud de que armas bobinas se encuentran devanadas en el mismo circuito magnético, los factores de proporcionalidad para las ecuaciones de voltaje son iguales, de manera que si se dividen las ecuaciones para E1 y E2 se tiene:

E1 = N1

E2 N2

Además como numéricamente deben ser iguales E1 y V2 o V2 - A ecuación anterior se puede escribir como:

V1 = Ng

V2 N2

1.1.2. Partes, componentes

Este dispositivo se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominarán: "primario" a la que recibe la tensión de entrada y "secundario" a aquella que dona la tensión transformada.

La bobina "primaria" recibe una tensión alterna que hará circular, por ella, una corriente alterna. Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado "secundario" está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "secundario" se generará por el alambre del secundario una tensión. Habría corriente si hubiera una carga (si el secundario estuviera conectado a una resistencia, por ejemplo). La razón de la transformación de tensión entre el bobinado "PRIMARIO" y el "SECUNDARIO" depende del número de vueltas que tenga cada uno.

1.1.3. Valores Nominales

Los valores nominales que definen a un transformador son: Potencia aparente (S), Tensión (U), I (corriente) y frecuencia (f).

Las tensiones asignadas o nominales (V_1N, V_2N.) son aquellas para las que se ha diseñado el transformador.

La potencia asignada o nominal (S_N) es la potencia aparente del transformador que el fabricante garantiza que no produce calentamientos peligrosos durante un funcionamiento continuo. Los dos devanados del transformador tienen la misma potencia asignada.

Las corrientes asignadas o nominales ( I_1N,I_2N ).se obtienen a partir de las tensiones nominales y de la potencia nominal.

Transformadores monofásicos:

S_N = V_1N. I_1N = V_2N. I_2N

En consecuencia los transformadores se fabrican, se diseñan y luego, se utilizan para tensiones y corrientes dadas. En principio los fabricantes pueden fabricar un transformador para tensiones o corrientes que se les especifique en un muy amplio rango. Sin embargo por razones económicas de estandarización el “mundo" se ha puesto de acuerdo, esto es a “normalizado" valores típicos de utilización de tensiones en sus redes (IEC 60071) y formas de especiación y standart de fabricación para transformadores de potencia. (IEC 60076).

Valor de clase de una magnitud eléctrica: valor normalizado máximo que el fabricante de un equipo asegura que la magnitud puede mantenerse permanentemente a lo largo de toda la vida útil de un equipo.

El concepto de valor “normal "de una magnitud es lo que lleva a definir el valor nominal. Luego se entiende por valor nominal el valor que se asigna como de utilización normal de la magnitud considerada.

1.1.4 Relaciones Fundamentales.

La relación de transformación es de la forma:

,

donde N , N son el número de espiras y T y T son las tensiones del primario y del secundario respectivamente.

Entonces:

Un transformador puede ser elevador o reductor, dependiendo del número de espiras de cada bobinado.

Si se supone que el transformador es ideal (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las pérdidas por calor y otras), entonces:

Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps).

Pi = Ps

Si tenemos los datos de intensidad y tensión de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula.

Potencia (P) = Tensión (V) x Intensidad (I)

P = V x I (W)

Aplicamos este concepto al transformador y deducimos que la única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando la tensión se eleve la intensidad disminuya en la misma proporción y viceversa. Entonces:

Así, para conocer la corriente en el secundario

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