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Potencia Eléctrica Maquinas estáticas

MAQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS Las maquinas eléctricas estáticas corresponden a uno de los principios más importantes de la evolución de la ingeniería eléctrica, electromecánica y las mejoras que se han dada a partir de la electrónica, convirtiéndose en una de las principales áreas de conocimiento y retención en el desarrollo de nuevos sistemas. Son diversas las aplicaciones que pueden tener las maquinas estáticas, entre las mas populares se encuentran las transformaciones de energía ya sea como elevación o reducción de tensión o corriente o como igualador de impedancias. En la actualidad con las nuevas técnicas de nanominiarutización tienen nuevas aplicaciones a partir de los aislamientos galvanicos. En la asignatura potencia eléctrica conoceremos los antecedentes que conllevaron a estos desarrollos, las principales características y formas de estudio de ellos, para lo cual se deberá realizar la lectura de este documento y resolver los cuestionamientos que aparecen al final. Inductancia mutua Si una bobina primaria y secundaria se colocan cerca (ver Fig. 2-8) y la corriente de la bobina es variable, la bobina secundaria estará rodeada por el flujo variable de la primaria, induciéndose una fem en ella.

Fig. 2-8. Inductancia mutua entre dos bobinas.

(Esta fem de inductancia mutua se suma a la fem de autoinducción inducida en la bobina primaria por el mismo flujo variable.) La fem (E2) inducida en la bobina secundaria o circuito, es proporcional a la velocidad de variación (derivada) de la corriente primaria (i1), o

Donde la constante de proporcionalidad, M, se denomina coeficiente de inducción mutua, o simplemente inductancia mutua. Si la inductancia mutua (M) está dada en henrios, i, en amperes y t en segundos, la fem inducida (E2) , estará expresada en volts. Dos bobinas tienen una inductancia mutua de 1 henrio cuando una variación de corriente de 1 amp/seg en una bobina produce una fem de 1 volt, inducido en la otra bobina

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Coeficiente de acoplamiento Cuando dos bobinas están acopladas inductivamente colocándolas cercanas una de otra, la relación entre sus inductancias mutuas, M y sus inductancias individuales, L1 y L2 es

Donde k es el coeficiente de acoplamiento y tiene un valor entre cero y uno - (k es 1 si todo el flujo producido por la corriente en una bobina se encadena a las espiras de la otra bobina) . Bobinas acopladas en serie. Si dos bobinas acopladas mutuamente se conectan en serie con sus campos sumándose mutuamente (serie aditiva) (ver Fig. 2-9 A), la inductancia total es L = L1 + L2 + 2M (henrios) Donde M es la inductancia mutua, y L1 y L2 , son las inductancias de las bobinas individuales. Si las bobinas se conectan en serie, y

Fig. 2-9. Conexión de bobinas acopladas: A) en serie aditiva: B) en serie sustractiva.

Sus campos se oponen mutuamente (ver Fig. 2-9 M) , la inductancia total está dada por L = L1 + L2 - 2M (henrios) Estas fórmulas pueden ser usadas para determinar la inductancia mutua (M) conectando primero las bobinas en serie aditiva y luego en serie sustractiva. Entonces,

Donde La es la inductancia total de las bobinas en serie aditiva y Lb, es la inductancia total de las bobinas en serie sustractiva. Bobinas acopladas en Paralelo. La inductancia total (L) de dos bobinas acopladas, conectadas en paralelo, con sus campos que se suman, es

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Donde L1; L2; y M corresponden a las definiciones anteriores (en henrios) . La inductancia total de dos bobinas acopladas, conectadas en paralelo, con sus campos en oposición, está dada por

Transformadores

Un transformador consiste en una bobina primaria y otra secundaria devanadas sobre un mismo núcleo de hierro, y se usa para elevar o para reducir el voltaje de corriente alternada. Una corriente alternada circulando por el primario crea una variación continua de flujo en el núcleo, que induce una fem alternada en la bobina secundaria. Para un transformador ideal (uno que no tenga pérdidas ni escapes de flujo fuera de las bobinas) la relación entre los voltajes primario y secundario, E1 y E2, entre las corrientes primarias. y secundarias I1 e I2 , y el número de espiras en las bobinas primarias y secundarias, N1 y N2 , está dada por

La eficiencia de los transformadores prácticos es generalmente muy alta y se aproxima a las relaciones ideales establecidas anteriormente.

El transformador eléctrico . El factor de Inductancia Mutua que hemos analizado, se utiliza en la práctica para transferir energía de un circuito a otro mediante un elemento electromagnético denominado transformador. Es muy posible que el transformador sea, en el campo de la electricidad aplicada, uno de los dispositivos más ampliamente utilizados, se le denomina comúnmente transformador estático, por cuanto carece de partes móviles. En su expresión más simple, un transformador está constituido por un devanado primario al cual se le aplica la energía eléctrica y un bobinado secundario, del cual se extrae la energía a consumir. Se denomina transformador elevador de tensión aquel que entrega sobre el secundario un potencial mayor que el del primario y transformador reductor de tensión el que posee un secundario que suministra menor tensión que la del primario. Existen también transformadores que entregan en el secundario igual tensión que la del primario, pero en estos casos son utilizados simplemente como elementos de enlace entre dos circuitos.

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Fig. 2 - Transformador estático con núcleo magnético cerrado.

En la figura 2 representamos un transformador simple, el cual consta de un bobinado L1, primario, alimentado por corriente alterna y otro devanado, secundario, L2, acoplado, magnéticamente al primero, mediante un núcleo de láminas de hierro. Este núcleo, como ya hemos estudiado, permite una mejor transferencia del flujo magnético originado. En la figura puede apreciarse que el núcleo se encuentra cerrado lo cual intensifica el campo y hace disminuir las pérdidas.

Fig. 3 - Variaciones en la intensidad del campo magnético (en Gauss ) producidas en un transformador alimentado por una corriente alterna sinusoidal .

Y bien, siendo la tensión aplicada sobre el primario alternada, naturalmente que sufrirá variaciones periódicas en sus valores. Esto hará que el campo magnético originado se expanda y se contraiga, acorde con las variaciones de la corriente aplicada al primario. En efecto, la intensidad del campo H (en Gauss) variará según la representación gráfica de la figura 3, siendo por lo tanto este campo variable en una frecuencia igual a la de la f.e.m., alterna aplicada al transformador. Consecuentemente, sobre el secundario se hará presente una tensión inducida de las mismas características que la del primario y que hará circular por este circuito una corriente que será acusada por el instrumento intercalado, según se aprecia en la figura 2. Ambos circuitos, primario y secundario, estarán acoplados magnéticamente entre sí por la inductancia mutua del conjunto, acrecentada por la presencia del núcleo laminado. La forma que presenta este núcleo y la disposición de los bobinados no es precisamente la ideal a los fines de lograr una máxima transferencia de energía del primario al secundario. En la práctica, y muy especialmente en los transformadores de poder y también de audiofrecuencia (utilizados en los viejos amplificadores de sonido), se construyen transformadores bobinados sobre núcleos aun más cerrados, tal como se aprecia en la figura 4, montándose el secundario sobre el devanado primario. Bajo esta disposición, el flujo magnético permite ser aprovechado al máximo, aumentando la intensidad del campo. Esto se traduce en una f.e.m. inducida mayor sobre el secundario, pues prácticamente, casi la totalidad de las líneas de fuerza pasan a través del núcleo de hierro.

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Relación de Transformación. La relación existente entre el número de espiras del primario y del secundario de un transformador, determinará el valor de la f.e.m. inducida sobre su circuito secundario. Un transformador que posea en su secundario mayor número de espiras que las del primario, inducirá sobre aquel una tensión mayor que la aplicada. A la inversa, un secundario con menor número de espiras que las del primario generará una tensión menor que la del primario.

Fig. 4 - Forma típica de un núcleo magnético cerrado, para un máximo aprovechamiento de las líneas de fuerza magnética.

La relación que existente entre la tensión del primario (Ep) y la tensión del secundario (Es) es igual a la relación entre el número de espiras del primario (Np) y el número de espiras del secundario (Ns). En consecuencia, podemos decir que:

Y efectuando transposición de términos, tenemos:

Fórmula de la cual deducimos que la tensión inducida en el secundario es proporcional a la relación del número de vueltas del secundario con respecto a las del primario. Por tanto, a la relación entre vueltas o entre tensiones del primario y secundario se la denomina relación de transformación. La energía absorbida por el primario de un transformador está relacionada directamente con la energía consumida por el circuito secundario. Esto significa que un transformador no es un dispositivo que sea capaz de generar energía. Sino meramente un elemento electrostático que transforma los valores de tensión y/o corriente a los valores deseados. La intensidad de corriente circulante por el primario del transformador depende de la carga del secundario. Si suponemos un transformador con un secundario a circuito abierto, la corriente primaria (en el caso de un transformador ideal, sin pérdidas) será igual a cero. Las pérdidas son debidas, generalmente, a la resistencia óhmica de los bobinados, dispersión del flujo magnético, etc.

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Fig.: Circuito magnético e intensidad de campo magnético

Si consideramos un transformador con un secundario por el cual está circulando corriente, puede decirse que se encuentra actuando bajo condiciones de carga y en estas circunstancias su circuito primario disipará potencia. Esto equivale a expresar que, bajo condiciones de carga del secundario, aumenta la corriente o intensidad sobre el primario. La intensidad de la corriente del secundario, provocará en todo instante un flujo magnético opuesto al que origina el primario, lo cual, de acuerdo con lo expresado por la Ley de Lenz, tenderá siempre a disminuir el flujo magnético del primario. Esto, a su vez, reducirá la f.e.m. de autoinducción (que ya sabemos, tiene en todo instante, sentido contrario ) circunstancia que hará circular mayor intensidad de corriente por el primario. Como se ve, el consumo sobre el circuito primario de un transformador será proporcional a la carga del secundario. Puede decirse que prácticamente, la potencia absorbida por el secundario de un transformador es igual a la potencia consumida por el primario, o sea:

fórmula en la cual, si pasamos Ip al segundo miembro y Es al primero, puede transformarse en esta otra:

De la que deducimos que, las corrientes del primario y del secundario de un transformador son inversamente proporcionales a las respectivas tensiones. Esto significa que, si por ejemplo, un transformador entrega en su secundario una tensión igual a la mitad de la tensión aplicada al primario, la intensidad de corriente máxima que se puede extraer de dicho secundario será igual al doble de la intensidad circulante por el primario. A la inversa, si el transformador es elevador de tensión y suministra en el secundario una tensión , por ejemplo, tres veces mayor que la del primario, solo podrá suministrar una intensidad de corrientes tres veces menor que la del primario.

Pérdidas en los Transformadores. Al referirnos a la relación entre tensiones y corrientes entre primario y secundario de un transformador, expresamos que, prácticamente , la potencia del primario era igual a la del secundario. Sin embargo, sucede que muchas veces un transformador, ya sea por mala calidad del material empleado en su construcción, o por

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mala construcción misma, etc., no entrega en su secundario, prácticamente, toda la potencia absorbida por el primario. Desde luego, que existen transformadores casi perfectos, capaces de producir un rendimiento de hasta un 98 %, especialmente en unidades grandes. La porción de energía que es absorbida por el primario y no entregada al secundario, es considerada como una pérdida. El rendimiento de un transformador puede ser expresado en tanto por ciento y, en general, la fórmula es la que sigue:

Las pérdidas en los transformadores pueden dividirse en dos grupos, a saber: a) pérdidas en el cobre; b) pérdidas en el hierro. Las pérdidas en el cobre son debidas a la resistencia. Óhmica presentada por el alambre, pérdidas estas que se incrementan cuanto mayor es la corriente que los atraviesa.

Fig. 5 - Pérdidas de potencia por corrientes de Foucault producidas en un núcleo magnético de una sola pieza.

Las pérdidas en el hierro (núcleo) pueden subdividirse en dos partes: las pérdidas por histéresis magnética y las pérdidas por corrientes de Foucault o corrientes parasitarias. En el primer caso son debidas a que el núcleo del transformador se encuentra ubicado dentro del campo magnético generado por el mismo y, en consecuencia, se imanta. Pero, ocurre que la corriente aplicada al transformador es alternada y, por tanto, invierte constantemente su .polaridad, variando con la misma frecuencia el sentido del campo magnético. Luego, las moléculas del material que forma el núcleo deben invertir en igual forma su sentido de orientación, lo cual requiere energía, que es tomada de la fuente que suministra la alimentación. Esto representa, por tanto, una pérdida. Hay dos tipos de ciclos de histéresis de un material magnético:  

dinámico: se obtiene con tensión alterna y su área incluye las pérdidas por histéresis y por corrientes inducidas de Foucault, y estático: se obtiene con tensión continua variable y su área sólo incluye las pérdidas por histéresis.

Para limitar las pérdidas por corrientes de Foucault en los transformadores, se suele construir el núcleo con chapas aisladas eléctricamente entre sí, con lo que se limita la posibilidad de circulación de corrientes inducidas al aumentar la resistencia eléctrica que ofrece el núcleo a este tipo de corrientes (sin alterar las propiedades magnéticas).

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En la práctica, para disminuir al máximo las pérdidas por histéresis magnética se recurre al uso de núcleos de materiales capaces de imanarse y desimanarse fácil y rápidamente, tal como el hierro silicio. En cuanto a las pérdidas por corrientes de Foucault o corrientes parasitarias, podremos tener una idea más precisa al respecto si consideramos, la figura 5, en la cual apreciamos un supuesto núcleo magnético macizo Si consideramos al mismo recorrido por un determinado flujo, como éste es variable, se originarán en dicho núcleo corrientes circulares que se opondrán en todo instante a la causa que las origina. Siendo el núcleo de una sola pieza, la resistencia que ofrecerá a dichas corrientes circulares será baja, lo cual provocará el incremento de tales corrientes. Debido a su efecto contrario a la fuerza magnetizante, debilitará a esta última y, en consecuencia, provocará un incremento en la corriente que circula por el primario. Esto, en si, representa pues, una pérdida en la potencia que disipará el primario, para un correcto funcionamiento del transformador. Para contrarrestar el efecto de estas corrientes parasitarias, es posible llegar a una solución muy interesante, basada en ofrecer máxima resistencia transversal a las mismas. Esto se consigue integrando el núcleo magnético mediante un conjunto de láminas delgadas de hierro, superpuestas una sobre la otra y aisladas entre sí mediante un baño de goma laca o barniz. En la figura 6 podemos apreciar en forma somera el efecto de reducción de las corrientes circulares. Naturalmente, que estas se producen lo mismo, pero debido a que el hierro tiene ya menor sección, el valor alcanzado por las corrientes de Foucault es sensiblemente más reducido, disminuyendo en consecuencia las pérdidas. En la práctica, los transformadores se construyen con gran número de láminas muy delgadas de hierro silicio, aisladas entre sí y fuertemente comprimidas.

Fig. 6 - Núcleo magnético laminado utilizado en los transformadores a fin de reducir las pérdidas de potencia por corrientes de Foucault.

Núcleos y Formas. Para la construcción de transformadores se utilizan núcleos constituidos por chapas de hierro silicio que adoptan diversas formas convencionales. El tipo de chapas utilizado más frecuentemente es el que adopta la forma de E, tal como se puede apreciar en la figura 7.

Fig. 7 - Izquierda: Forma de laminación de núcleo tipo "E”, cerrado, empleada en la construcción de transformadores. Derecha: Forma de intercalación de las chapas a fin de reducir el entrehierro y aumentar el rendimiento magnético.

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Circuito magnético con entrehierro y flujo de dispersión.

Este núcleo tiene la particularidad de aprovechar casi al máximo el flujo magnético, evitándose las pérdidas por dispersión. La forma correcta de armar un transformador, particularmente un transformador de potencia consiste en montar las chapas, en forma invertida, una con respecto a la siguiente, según se observe en dicha figura 7 . De esta forma se evita el entrehierro o espacio de aire que tanto contribuye a disminuir la permeabilidad magnética del circuito, lo cual se traduce en una pérdida en la intensidad o densidad del campo magnético, que. en caso de unidades de potencia, resulta un inconveniente. En este tipo de núcleo se efectúa el bobinado de primario y secundario en forma de "galleta", montándose sobre la barra central de la forma como puede observarse en la figura 8 b. La disposición más usual y conveniente es la de disponer el primario próximo al núcleo, bobinándose sobre éste los restantes devanados. Tratándose de transformadores de potencia, la sección del núcleo es factor primordial para determinar la potencia que ha de disiparse. Para el caso de transformadores con una disipación máxima de 300 vatios, puede calcularse la sección del núcleo de hierro necesario mediante la fórmula:

Donde A es la sección en centímetros cuadrados, y 1,16 un valor constante, Además de considerar la sección del núcleo, es necesario también tener en cuenta las dimensiones de la ventana, la superficie ocupada por los bobinados, etcétera.

Fig. 8 a - Transformadores con núcleos tipo: (a) toroidal, (b) de columnas, y (c) acorazado

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Fig. 8 b - Construcción típica de un transformador de potencia.

Básicamente, un transformador son dos o más circuitos eléctricos acoplados magnéticamente mediante un flujo común, es decir, son dos o más bobinas acopladas. Cuando el transformador está formado por dos bobinas acopladas, como el de la figura 8a (a), se llama monofásico. Para conseguir que haya un flujo común entre las bobinas se puede utilizar un núcleo de aire, aunque resulta mucho más sencillo utilizar un núcleo de hierro u otro material ferromagnético (en este caso, el camino a través del aire también existe, aunque el flujo no es común a los dos devanados, y se llama flujo de dispersión). Para que un devanado induzca tensión en el otro, el flujo común ha de ser variable y, para ello, también ha de serlo la corriente que lo cree (con corriente continua constante no se puede inducir tensión). Una característica del transformador es su reversibilidad, lo cual quiere decir que también se puede alimentar por el lado secundario y ceder energía al lado primario. El auto transformador.

Fig. 9 - Representación esquemática de dos tipos de auto transformadores.

Auto transformador con núcleo toroidal

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El transformador tipo que hemos estado estudiando ya vimos que posee sus arrollamientos primario y secundario aislados y separados entre sí. Existe, sin embargo, otro tipo de unidad denominada auto transformador, el cual posee solo un devanado actuando como primario y secundario. Un auto transformador es una bobina sobre un núcleo magnético con una toma intermedia. En la figura 9A , se representa un auto transformador reductor de tensión, mientras que en B, de la misma figura, se aprecia un auto transformador elevador de tensión. Si analizamos ambos esquemas. Podemos ver que en el caso del auto transformador reductor, parte del primario es el secundario, y en el auto transformador elevador. Parte del secundario es el primario. El principio de funcionamiento de este tipo de unidad está basado también en el "efecto de transformador" que ya analizamos y al propio tiempo por la conducción directa que existe entre primario y secundario. Las ventajas del auto transformador son varias y, entre ellas, el hecho de que para obtener una potencia dada es necesario un núcleo de menor sección con respecto a la sección que se precisaría para un transformador común. El inconveniente es que el auto transformador no aisla al secundario del circuito de línea. El auto transformador transfiere más potencia del primario al secundario que un transformador construido con el mismo material. La potencia por inducción es la potencia que el primario del auto transformador transfiere al secundario por efecto del flujo común, es decir, por el efecto de la inducción magnética. Es la potencia que transfiere el transformador a partir del que está construido. Comparando el auto transformador con el transformador del que procede  

transfiere más potencia; el rendimiento es mucho mejor, (con las mismas pérdidas transfiere más potencia);



tiene una tensión de cortocircuito pequeña, lo que plantea el inconveniente de que la corriente en caso de cortocircuito es elevada;



no tiene aislados primario y secundario;



aunque cuesta aproximadamente el mismo dinero que el transformador (ambos tienen el mismo material), puede transmitir más potencia.

Comparando un auto transformador con un transformador de la misma potencia  

tiene menores reactancias de dispersión, ya que el flujo de las primeras espiras del primario está completamente concatenado por las espiras del secundario (son comunes); tiene menores pérdidas de potencia, pues en las espiras en común del primario y del secundario sólo circula una intensidad, mientras que en el transformador circula por un lado Ip y por el otro Is



necesita menor corriente de excitación, al poder ser el circuito magnético de menor longitud, o sea de menor reluctancia;



es de menor tamaño, emplea menos hierro y cobre, por lo que cuesta menos dinero cuando la relación de transformación no es muy diferente de 1:1; y



presenta la desventaja de no tener aislados los devanados.

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Por todo ello, el auto transformador puede ser una opción válida para relaciones de transformación próximas a la unidad cuando no sea imprescindible tener aislados galvánicamente primarios y secundarios. Cuando la toma intermedia del auto transformador se puede variar, se tiene un auto transformador variable, que es muy utilizado en laboratorios para la regulación de la tensión.

Aplicaciones prácticas de transformadores. Tanto en materia de electricidad industrial y comercial como en radiotelefonía, telefonía, televisión y electrónica en general, encuentra el transformador un amplío campo de utilización. Puede decirse que es en elemento indispensable, especialmente en todo lo referente a corrientes alternas de baja y alta frecuencia. Las usinas generadoras de energía eléctrica utilizan el transformador como elemento de transporte de potencia eléctrica con el mínimo posible de pérdidas. Se utilizan al efecto, grandes transformadores elevadores de tensión, trabajándose con tensiones que oscilan entre 6.000 y 250.000 voltios para el transporte a grandes distancias. También se usan transformadores reductores para bajar tales tensiones a los valores de uso, que son generalmente 220 y 380 voltios. Estos cambios de tensión se deben a que se busca reducir las pérdidas de potencia en las líneas de transmisión por efecto de calentamiento en la resistencia eléctrica propia de las mismas , que son menores cuando el transporte se hace con tensiones elevadas y menor corriente. El transformador es un elemento muy utilizado en los sistemas eléctricos, porque permite trabajar en cada situación con la tensión e intensidad más adecuadas. Un caso significativo es el de los sistemas de potencia, en los que hace posible que la generación, transporte y consumo de la energía eléctrica se realicen a las tensiones más rentables en cada caso. El transporte resulta más económico cuanto más alta sea la tensión, ya que la corriente y la sección de los conductores son menores (intensidades pequeñas provocan menores pérdidas por efecto Joule). Razones tecnológicas impiden que los alternadores de las centrales puedan proporcionar tensiones superiores a los 30 kV. Por ello es necesaria la transformación en las centrales de estas tensiones a las típicas de transporte, generalmente inferiores a 400 kV (transformadores elevadores). Por otro lado, los aparatos consumidores de la energía eléctrica no están diseñados para tensiones tan elevadas (por seguridad de las personas), por lo que son normales las de 110, 220 ó 380 V, aunque también hay receptores de gran potencia con tensiones nominales del orden de unos pocos kilovoltios. De nuevo se hace necesaria la reducción de la tensión mediante los llamados transformadores de distribución. Esta reducción se realiza en varias etapas, en función de los receptores y de las necesidades de la distribución.

Fig.: Generación, transformación, transporte y consumo de energía eléctrica

El transformador también se utiliza en circuitos de baja potencia y tensión para otras aplicaciones como, por ejemplo, la igualación de impedancias de carga y fuente para tener máxima transferencia de potencia, el aislamiento de circuitos, o el aislamiento frente a la corriente continua, sin perder la continuidad de la corriente alterna. Otra aplicación es como dispositivo auxiliar de los aparatos de medida, reduciendo la tensión o corriente de un circuito para adecuarla a la que aceptan los aparatos de medida: son los llamados transformadores de medida.

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También son muy usados los transformadores en soldadura eléctrica y hornos eléctricos, empleándose unidades reductoras de tensión con pocas espiras en el primario y un secundario constituido por un solo conductor de cobre de gran sección. En materia de transformadores de audiofrecuencia, o sea, transformadores utilizados para la reproducción del sonido, la ingeniería electrónica cubre un amplio campo. El cálculo y diseño de transformadores de audio origina mayor cantidad de problemas que los que podrían presentarse en el proyecto de transformadores destinados al transporte y transformación de energía. En estos últimos, la frecuencia de trabajo es generalmente de 50 ó 60 ciclos/segundo o Hertz. En audio, en cambio, las frecuencias de uso van desde un mínimo de 35 ciclos hasta 12.000 ciclos/segundo y a veces más, por otra parte, se trabajan con señales con formas de ondas complejas y variables. Desde que la conservación de la alta fidelidad de la reproducción musical depende exclusivamente de la conservación de las formas de onda a través de los circuitos de cada equipo, es natural que el problema de la construcción de audio transformador dependerá de muchos factores que, en principio, no son considerados en lo referente a la electricidad industrial. En cuanto a los transformadores empleados en etapas de radiofrecuencia y frecuencia intermedia en receptores superheterodinos, transformadores de videofrecuencia en receptores de televisión, etc. etc., su construcción resulta aun más delicada, interviniendo en los cálculos problemas referentes a ancho de banda, elevada frecuencia de trabajo ( entre 450 Kc/seg. y 40 a 250 Mc/seg. ) , alta inductancia en relación al número de espiras y baja resistencia óhmica y otros factores derivados del estudio de los circuitos resonantes . Valores nominales de un transformador de potencia Los valores nominales de una máquina eléctrica son aquellos para los cuales ha sido diseñada. Los más importantes de un transformador diseñado para trabajar en régimen senoidal son:

 

potencia nominal, tensión nominal de primario y secundario,



intensidad nominal de primario y secundario,



relación de transformación, y



frecuencia nominal.

Al igual que en otras máquinas eléctricas, la potencia máxima que puede suministrar el transformador está limitada por la calidad de sus aislantes, que se pueden deteriorar por un exceso de tensión o por un exceso de temperatura: - la tensión máxima del aislante fija la tensión máxima del transformador; la temperatura máxima del aislante, junto con la capacidad de disipación de calor del transformador, fija las pérdidas máximas que se pueden producir en su interior (pérdidas en el hierro y en el cobre). Para una tensión determinada (pérdidas en el hierro constantes) y una sección de conductor determinada, la temperatura máxima del aislante fija una intensidad máxima en el transformador.

Un ejemplo de aplicación puede ser: Un transformador reductor con un bobinado primario de 174.000 espiras y un bobinado secundario de 1000 espiras, opera desde una línea de alta tensión de 40.000 volts y alimenta una carga de 60 amperes. Determinar

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el voltaje secundario, la corriente primaria y la potencia de salida del transformador. Suponiendo una eficiencia del 100 %. Solución.

potencia de salida = E2 I2 = 230 volts X 60 amps = 13.800 watts = 13,8 kw (Indudablemente ésta es igual a la potencia de entrada = 40.000 volts x 0,345 amp = 13.800 watts.)

Cuestionamientos 1. 2. 3. 4.

Realice una lectura regulada del documento y genere un índice y tabla de contenido. Realice un mentefacto del documento. Realice un escrito de cómo realiza la lectura del mentefacto. Consulte la bibliografía de Michael Faraday donde se indique los aporte que le genero a la maquinas eléctricas estáticas; Qué otros autores generaron aportes. 5. Revise las siguientes paginas den Elibrary y realice un comentario. a. Realice un mapa conceptual del libro Kennedy, Barry W. Energy Efficient Transformers TRANSFORMER CHARACTERISTICS Transformer Components 12 Electrical Characteristics 12 Mechanical Characteristics 15 Transformer Locations 21 Generation Transformer 21 Substation Transformer 23 Distribution Transformer 23 Transformer Energy Use 24 Tomado de: Kennedy, Barry W. Energy Efficient Transformers. Blacklick, OH, USA: McGraw-Hill Professional Book Group, 1997. p v. http://site.ebrary.com/lib/bibliotecausta/Doc?id=5004780&ppg=5 Copyright © 1997. McGraw-Hill Professional Book Group. Todos los derechos reservados. b. Realice un mentefacto del libro Kennedy, Barry W. Energy Efficient Transformers. TRANSFORMER EFFICIENCY Taller Individual y en equipos Página 14 de 15

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What Is Transformer Efficiency 29 What Are Transformer Losses? 30 What Are No-Load Losses? 30 What Are Load Losses? 34 Transformer Load, Loss, and Responsibility Factors Auxiliary Losses 37 Tomado de: Kennedy, Barry W. Energy Efficient Transformers. Blacklick, OH, USA: McGraw-Hill Professional Book Group, 1997. p v. http://site.ebrary.com/lib/bibliotecausta/Doc?id=5004780&ppg=5 Copyright © 1997. McGraw-Hill Professional Book Group. Todos los derechos reservados. c. Resuelve al siguiente problema que se encuentra en el libro Kennedy, Barry W. Energy Efficient Transformers. EXAMPLE A SECTION OF A UTILITY?s service territory is served by two substations, each of which includes a 10MVA substation transformer with 50 kW of winding losses at rated load. Under peak conditions, substation A is loaded to 12 MVA and substation B is loaded to 6 MVA. What total winding losses occur on both transformers? If distribution line load transfers are made to equalize the loading on the transformers to 9 MVA each, what loss savings will result? Tomado de: Kennedy, Barry W. Energy Efficient Transformers. Blacklick, OH, USA: McGraw-Hill Professional Book Group, 1997. p 45. http://site.ebrary.com/lib/bibliotecausta/Doc?id=5004780&ppg=59 Copyright © 1997. McGraw-Hill Professional Book Group. Todos los derechos reservados.

6. Consulte en Internet la forma en como se realizan las pruebas de corto circuito. 7. Consulte en Internet la forma en como se realizan las pruebas de circuito abierto. 8. Implemente una práctica donde se le realicen las pruebas de Corto Circuito y Circuito Abierto a un transformador. 9. Determine el modelo eléctrico real para ese transformador. 10. Determine la eficiencia del transformador. 11. Aplique los aspectos que se pueda (sustente aquellos que no se pueda) el diagrama de Kapp. Este ejerció debe ser entregado a más tardar el viernes 16 de mayo a las 12:00 horas en la oficina de la facultad.

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