TRANSFORMADORES

Maquina eléctrica estática que transforma e.E en e.E . Se utiliza para modificar niveles de tensión y corriente en C.A manteniendo la misma frecuencia en el primario y en el secundario.

Transformador Monofásico:

son de una sola fase y se alimentan con baja potencia.
Se clasifican en

• • • De distribución
    • De potencia
    • De medición

1. 1. 1. 1. 1. De tensión
            2. De corriente

Primario:

devanado por donde ingresa la energía

Secundario

devanado donde sale la energía

POTENCIA NOMINAL DEL TRANSFORMADOR

potencia aparente que puede entregar indefinidamente el secundario  (VA,KVa,MVa)

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

: relación entre n de espiras del primario con el secundario. A=n1/n2

      A>1 Trafo reductor

     A

     A= 1 Trafo aislador

Transformador de aislación: almacenamiento galvánico entre el primario y el secundario de manera que consigue una alimentación flotante.

Funcionamiento: 2 bobinas independientes aisladas una de otras vinculadas por un núcleo.

• Transformador ideal en vacío:

  El bobinado primario está conectado a una tensión alterna primaria U1. Si el transformador no tiene carga en el secundario, la tensión aplicada en el primario hace circular una intensidad de corriente Io llamada corriente de vacío. Esta corriente produce en el núcleo un flujo magnético φ que se cierra casi en su totalidad a lo largo del núcleo. En principio, podrá considerarse que el flujo magnético es el mismo en ambos devanados, es decir, que no hay flujo disperso1 .

La tensión inducida en los bobinados es proporcional a :

• • Frecuencia
  • N vtas.
  • Flujo máx.

• Transformador real en vacío:

  Se tienen en cuenta las pérdidas en el hierro, las caídas de tensión en las resistencias de los devanados y el efecto del flujo disperso y impedancia presente en el primario y en el secundario. A corriente de vacío del transformador pasa a tener dos componentes: una corriente magnetizaste Im que genera el flujo y una corriente de pérdidas Ip que representa el efecto de las pérdidas en el hierro del transformador.

REACTANCIA DE Dispersión

Del total del flujo generado por el primario, una parte se concatena con el secundario a través del núcleo y otra parte se dispersa al medio (aire y piezas metálicas circundantes). Esta última parte es la que se conoce como flujo disperso y su efecto sobre el transformador es similar al de una reactancia: como el flujo en un bobinado no es el total enlazado por el otro bobinado, la tensión inducida en ambos es diferente, lo cual termina viéndose como una caída de tensión representado como el efecto de una reactancia. Esa reactancia se denomina reactancia de dispersión. Constructivamente, para reducir el flujo disperso de los bobinados, los mismos no se disponen sobre piernas diferentes del núcleo, sino sobre la misma rama, de forma coaxial. La reactancia de dispersión también cumple con la importante tarea de limitar las corrientes de cortocircuito lo cual no sólo protege al transformador sino que limita el poder de ruptura necesario en los dispositivos de protección asociados.  No se construyen transformadores con la menor reactancia posible sino con la adecuada para limitar la corriente de cortocircuito a un valor de entre 7 y 25 veces la corriente nominal del transformador.

Transformador real en carga:

Cuando se le conecta una carga al secundario del transformador, circula por este bobinado una corriente I2. Esta corriente tiene un sentido tal que generará un flujo en sentido opuesto al original (reducirá el flujo), por ello se dice que genera una componente des-magnetizante del flujo. Como este flujo depende únicamente de la tensión primaria U1, es constante mientras esta última lo sea. Por lo tanto, aparece una corriente en el primario que compensa esa componente desmagnetizante ocasionada por la carga del secundario. Esta corriente primaria I1 cumple la condición de que sumada vectorialmente con la corriente secundaria da como resultado la corriente de vacío.

Polaridad del transformador:

La dirección del arrollamiento del devanado primario es responsable de la dirección horaria del flujo en el núcleo. Este flujo debe inducir en el secundario una tensión e2 que resulta en la corriente i2 cuando el secundario está cerrado. La dirección de la corriente i2 será tal que el flujo producido será opuesto al flujo original (causa que lo produce).

• CIRCUITO EQUIVALENTE:

  asoc. De un conjunto de elementos eléctricos que poseen el mismo funcionamiento que  un transf.

Inductancia mutua

Relación entre el cambio de flujo y la razón del cambio de la corriente La inductancia depende de las dimensiones físicas del circuito magnético, de la permeabilidad del mismo y de sus carácterísticas constructivas. Como la inductancia depende de la permeabilidad del núcleo, varía según la intensidad de flujo.

Rama de excitación

En // con el primario y secundario , se compone por una conductancia G y una suseptancia B

El Rendimiento de la máquina se define como la relación entre la potencia útil entregada y la potencia absorbida por ésta. Como ninguna máquina es perfecta, se cumple siempre que:
Pa > Pu por lo que el rendimiento siempre es menor a 1.
n= Pu/Pa ó
1-

Pp/Pu+Pp

Potencia nominal de una máquina eléctrica ( ): es la potencia que la máquina puede desarrollar, cuando la tensión, corriente, velocidad, tipo de servicio, etc., son aquellas para las cuales fue construida.

Régimen de trabajo:

Refiere al estado de carga de la máquina. Cuando se dice que trabaja al 75%, por ejemplo, significa que la relación es de 0,75. Como la potencia y la corriente son directamente proporcionales, esa relación vale también para la corriente.

La potencia total absorbida por una máquina es la suma de la potencia útil y la potencia de pérdidas:

Pa= Pu + Pp

A su vez, la potencia de pérdidas está dada por la suma de todas las pérdidas vistas anteriormente:

Pp= Pcu + Pfe + Pm + Pad

Calentamiento en las maquinas eléctricas

Las pérdidas de energía de cualquier máquina se convierten en calor, originando una elevación de la temperatura que depende de la capacidad de absorción de calor, de los distintos materiales que la componen, así como la facilidad con que el calor puede ser conducido, radiado ó disipado de cualquier otra forma.  

Q= 0.239×10-3

Pp. Donde q es la cantidad de calor por unidad de tiempo, en kCal/seg y Pp (Pérdidas totales en W). La temperatura alcanzada por las diversas partes de una máquina es variada, ya que depende del material, y la facilidad de enfriamiento de cada uno (conductividad térmica).

El incremento en la temperatura de una máquina es exponencial, y se rige con la siguiente ecuación:

0= 0L. (1-e^t/T)

Donde: 0 es el incremento de temperatura. 0L es el máximo incremento de temperatura a la que llega el cuerpo. T es la variable temporal. T es la “constante de tiempo” del cuerpo o máquina. Si se quisiese graficar la temperatura real de la máquina cuando esta se va calentando, deberá considerarse a su vez la temperatura inicial de la misma.

0real= ta+0L. (1-e^t/T)

De la misma forma, el enfriamiento de los cuerpos se rige por una ley exponencial, dada por la siguiente expresión que representa el decremento de la temperatura:

0= 0L. E^t/T

La temperatura de régimen nominal es la temperatura que alcanza la máquina después de un cierto tiempo de funcionamiento en las condiciones nominales de trabajo, luego del cual todo el calor generado es evacuado al medio ambiente.

La función de los aislantes en las máquinas eléctricas es: Soportar las máximas tensiones eléctricas posibles de encontrar en la máquina. Soportar las máximas temperaturas de servicio por tiempo indefinido, sin disminuir sus cualidades dieléctricas y mecánicas. El cobre, el hierro y los demás elementos metálicos de una máquina soportan con facilidad las altas temperaturas, pero no así los elementos aislantes de la misma. Por ello: Una máquina eléctrica no puede trabajar a una temperatura mayor que la tolerada por sus aislantes. Los distintos aislantes empleados en las maquinas eléctricas se clasifican en CLASES según su temperatura límite soportada.

Tipos de servicio de una máquina:

Está relacionado con la forma de trabajo y tiempos de marcha de la máquina, y puede ser:

Servicio continuo:

la máquina funciona a régimen nominal durante un tiempo “ilimitado”, logrando llegar la temperatura a su valor de régimen.         

Servicio temporario:

existe un tiempo de marcha y un tiempo de reposo especificado. La máquina funciona a régimen nominal durante un lapso de tiempo determinado (la temperatura no alcanza a llegar a su valor de régimen) y durante el periodo de reposo, su temperatura desciende hasta llegar a la del medio ambiente.

Servicio Intermitente:

la máquina funciona a régimen nominal durante un lapso determinado, seguido de un lapso de reposo, también determinado, durante el cual su temperatura no llega a descender a la del medio ambiente.

Tipos de servicio de motores eléctricos:

Para los motores por ejemplo, la forma en la que un motor está preparado para funcionar se denomina servicio. Las clases de servicio están normalizadas y se representan según la letra S y un número. Por ejemplo:

S1

Son motores que funcionan de forma continua y siempre con carga. Por ejemplo, un motor de una cinta transportadora.

S2

Motores que funcionan de forma temporaria, con tiempo suficiente como para enfriarse. Ejemplo, un motor de una puerta de un garaje.

S3

Funcionan de manera intermitente pero no tienen tiempo suficiente para alcanzar la temperatura ambiente. Podría ser el caso del motor de un ascensor.

Capacidad de sobrecarga de una máquina eléctrica:

Una máquina podría trabajar a potencias mayores a su potencia nominal siempre y cuando el tiempo de marcha no haga superar la temperatura limite. Las máquinas construidas para servicio continuo, pueden suministrar una potencia superior a la nominal sin perjuicios durante un lapso determinado. Dicho lapso, depende de las condiciones de trabajo anteriores a la sobrecarga (es decir si estaba a plena potencia, media potencia, en vacío, etc.).