ING. RAÚL G. MATOS ACUÑA

CICLO 2012-III Módulo: IIUnidad: 5 Semana: 5

ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y

TRANSFORMADORES

ORIENTACIONES

El tutorial está dividido en varios puntos. Cada punto está explicadoen el tutorial mediante una primera parte en la que se hace unaintroducción teórica y una segunda parte en la que se presenta alusuario un breve test o autoevaluación que le servirá para evaluarsus conocimientos. A lo largo del tema aparecen una serie deaplicaciones interactivas que van a permitir al alumno aplicar susconocimientos y variar diversos parámetros para ver los efectos quese producen.

El estudiante para lograr los objetivos específicos de la unidad 5

debe conocer y estar entrenado en temas previos, unidad 4.

CONTENIDOS TEMÁTICOS

MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y TRANSFORMADORES

1.-LEY DE LENZ

2.-TRANSFORMADOR IDEAL

3.-TRANSFORMADOR REAL

4.-TRANSFROMADOR TRIFÁSICO

5.- MÁQUINA ELÉCTRICA

INTRODUCCIÓN

• En este tutorial, estudiamos las máquinas eléctricas.

• Analizaremos el funcionamiento de los transformadores y suaplicación.

OBJETIVO: Que el estudiante conozca y calcule las variables

eléctricas.

El estudiante para lograr los objetivos específicos de la unidad 5

debe conocer y estar entrenado en temas previos, unidad 4.

MOTIVACION 1

REVISAR LOS LINKS CORRESPONDIENTES AL TEMA

En 1882 el inventor Nikola Tesla descubrió el principio

del campo magnético rotatorio el cual es la base para

la construcción de los distintos sistemas de motores y

generadores de corriente alterna polifásica, con este

principio Tesla construyó su motor de inducción, y

distintas aplicaciones de sistemas polifásicos, luego en

1885 el señor George Westinghouse compró las

patentes del sistema polifásico de generadores,

transformadores y motores de corriente alterna de

Tesla para implementarlo en la planta de generación de

las catratas del Niagara, la cual se inaguró con los dos

primeros generadores de Tesla los cuales tenían 5000

caballos de fuerza y que fueron los mas grandes

construídos hasta el momento.

INTRODUCCIÓN

MAGNITUD FÓRMULA UNIDAD

Flujo magnético Φ = B * S * cos α Φ Flujo ( Weber)

B Inducción ( Tesla)

S Superficie ( m2)

α entre la inducción y la normal a S.

Fuerza magnetomotriz

F = N * I F Fuerza ( Amperio-vuelta)

N Espiras ( nº de espiras)

I Intensidad ( Amperios)

Excitación magnética H = F / L H Excitación (amperio- vuelta/m)

F Fuerza magnetomotriz

L Longitud (metros)

Inducción en el vacío Bo = μ o * H Bo Inducción en el vacío (Tesla)

μo Permeabilidad ( 4 * p * 10-7 )

H Excitación (amperio- vuelta/m)

Inducción B = μ * Bo B Inducción (Tesla)

μ Permeabilidad rel. del material

Bo Inducción en el vacío

Trabajo de las fuerzas electromagnéticas W = Φ * I W Trabajo (julios)

Φ Flujo (weber)

I Intensidad (Amperios)

Fuerza electromotriz inducida E = B * L * v E f. e. m. (Voltios)

B Inducción (Tesla)

L Longitud (m)

v Velocidad (m/s)

Fuerza electromotriz inducida E = - N*ΔΦ/Δt

E f. e. m. (Voltios)

N Número de espiras

ΔΦ Variacioón de flujo ( weber)

Δt Tiempo (Seg.)

Fuerza electromotriz autoinducida E = - L*ΔI/Δt E f. e. m. (Voltios)

L Coef. de autoinducción (Henrios)

ΔI Variación de Intensidad ( amperios)

Δt Tiempo (Seg.)

Conceptos Previos

Si en lugar de un imán permanente el flujo magnético es creado por una corriente alterna

sinusoidal, la variación de flujo producida por esta corriente es sinusoidal.

En todos los casos

el valor de la f. e. m.

inducida vale:

Bornes homólogos

El esquema de encima es equivalente al de debajo, pues solo se ha desplazado

la bobina 2 hacia el lado izquierdo. Al circular una corriente alterna i por la

bobina AB se crea una fem autoinducida debida a las variaciones de i cuyo

sentido, de acuerdo a la Ley de Lenz, es oponerse con sus efectos a la causa

que la produce (e1 = - v1)

Se dice que el terminal A, de la bobina 1, tiene igual polaridad que el terminal A',

de la bobina 2, si la tensión entre A-B está en fase con la tensión entre A'-B'.

El Transformador ideal

Analogía

El Transformador real

El Transformador real. Diagrama vectorial

El Transformador real. Circuito equivalente

Impedancia nominal

Caída de tensión

Ensayo en cortocircuito

Tensión de cortocircuito

Ensayo en vacío

Rendimiento

Balance de potencias

El Transformador Trifásico

Transformación mediante tres transformadores monofásicos

Un sistema trifásico se puede

transformar empleando 3

transformadores monofásicos.

Los circuitos magnéticos son

completamente independientes,

sin que se produzca reacción o

interferencia alguna entre los

flujos respectivos.

Otra posibilidad es la de utilizar

un solo transformador trifásico

compuesto de un único núcleo

magnético en el que se han

dispuesto tres columnas sobre las

que sitúan los arrollamientos

primario y secundario de cada

una de las fases, constituyendo

esto un transformador trifásico

como vemos a continuación.

Transformador trifásico

En un transformador trifásico cada columna está formada por un transformador

monofásico, entonces toda la teoría explicada en la sección de los

transformadores monofásicos es válida para los trifásicos, teniendo en cuenta

que las magnitudes que allí aparecen hace referencia ahora a los valores por

fase.

12.8 Transformadores

Un transformador es un dispositivo utilizado para aumentar o disminuir el voltaje

en un circuito sin pérdida apreciable de potencia. Consta de dos bobinas

arrolladas sobre un núcleo de hierro.

Primario Secundario

dt

dNV 11

El flujo que atraviesa cada espira en ambos

arrollamientos es el mismo, luego la tensión que

aparece en el secundario es

dt

dNV 22

Comparando las

dos ecuaciones 11

22 V

N

NV

Transformador

Elevador1212 VV NN

Transformador

Reductor1212 VV NN

Si colocamos una resistencia de carga en el secundario, aparecerá una

corriente I2 en fase con V2 y aparecerá un flujo adicional proporcional a N2 I2

Como el flujo en el primario debe tener el mismo ritmo de variación al estar

conectado a una fem externa, debe aparecer una corriente I1en el primario

de forma que

2211 ININ

Si no existen pérdidas, se debe cumplir que 2ef2ef1ef IVI

Uso de los transformadores

Transporte de energía eléctrica con

pérdidas mínimas de energía por efecto

Joule utilizando alto voltaje y baja

corriente.

Ejemplo:En Albacete, con una población de 100.000 habitantes, si suponemos

que cada uno consume una potencia media de 1.5 kW, se necesita

para cada persona una corriente

A 7220

1500I I VP

La corriente total necesaria para Albacete sería de 700.000 A, para lo

cual se necesitarían gruesos cilindros de cobre con grandes pérdidas.

Si se utilizan transformadores de alta (elevadores) para transportar la potencia, la

corriente necesaria se reduce a

2ef2ef1ef IVI A 250000.700000.600

220I ef2

Dentro de la ciudad se sitúan transformadores que reducen el valor del voltaje

hasta 10.000 V, por ejemplo. Cerca de las casa se sitúan nuevos

transformadores que reducen el voltaje de nuevo hasta 220 V. Debido a esta

facilidad para aumentar o reducir el voltaje de la corriente alterna, se utiliza este

tipo de corriente y no la corriente continua.

TRANSFORMADOR TRIFASICO.

CONEXIONES TRIFASICAS.

Conexión estrella( U ) - estrella( U )

Conexión estrella( U ) - delta( D )

Conexión delta( D ) - estrella( U )

Conexión delta( D ) - delta( D )

Conexión U U Conexión U D

Ejemplo 1

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN

SUGERIDAS

• En la clase practica se desarrollarán aplicaciones de máquinas eléctricas y transformadores. El estudiante debe revisar los problemas propuestos.

• Se sugiere que el alumno revise los links y/o videos del tutorial.

• La próxima tutoría tratará sobre máquinas de inducción o máquinas asíncronas. El estudiante debe revisar los tutoriales de la semana 6.

GRACIAS