República Bolivariana de Venezuela

Ministro del Poder Popular para la Educación Universitaria, Ciencia y Tecnología

I.U. P. “Santiago Mariño” Ampliación Maracaibo

Realizador Por:

Carlos Portillos

C.I.: 23.764.902

Materia: Circuitos Eléctricos 2

Esquema

1.- Acoplamiento magnético entre inductores

2.- Definición de la inductancia mutua

3.- Circuito primario y circuito secundario

4.- Marcas de la polaridad de las bobinas

5.- Transformador ideal

6.- Relación de espiras

7.- Circuitos equivalentes

8.- Reflexión de la impedancia del circuito secundario en el primario

9.-Pérdidas en los transformadores no ideales

10.- Transformadores trifásicos

1.- Acoplamiento magnético entre inductores

Se denomina acoplamiento magnético al fenómeno físico por el cual el paso de una corriente eléctrica variable en el tiempo por una bobina produce una diferencia de potencial entre los extremos de las demás bobinas del circuito. Cuando este fenómeno se produce de forma indeseada se denomina diafonía.

Este fenómeno se explica combinando las leyes de Ampere y de Faraday. Por la primera, sabemos que toda corriente eléctrica variable en el tiempo crea un campo magnético proporcional, también variable en el tiempo. La segunda nos indica que todo flujo magnético variable en el tiempo que atraviesa una superficie cerrada por un circuito induce una diferencia de potencial en este circuito.

Cuando fluye una corriente constante en una bobina como en la ilustración de la figura, se produce un campo magnético en la otra bobina. Pero como el campo magnético no está cambiando, la ley de Faraday nos dice que no habrá voltaje inducido en la bobina secundaria. Pero si abrimos el interruptor, para interrumpir la corriente como en la ilustración del medio, habrá un cambio en el campo magnético de la bobina de la derecha y se inducirá un voltaje. Una bobina es un dispositivo reaccionario; ¡no le gusta ningún cambio!. El voltaje inducido hará que fluya una corriente en la bobina secundaria, que trata de mantener el campo magnético que había allí. El hecho de que el campo inducido siempre se oponga al cambio, es un ejemplo de la ley de Lenz. Una vez que ya se ha interrumpido la corriente y se cierra el interruptor para hacer que fluya de nuevo la corriente como en el ejemplo de la derecha, se inducirá una corriente en dirección opuesta, para oponerse al incremento del campo magnético. La persistente generación de voltajes que se oponen al cambio en el campo magnético es el principio de operación de un transformador. El hecho de que el cambio en la corriente de una bobina, afecte a la corriente y el voltaje de la segunda bobina, está cuantificado por una propiedad llamada inductancia mutua.

2.- Definición de la inductancia mutua

Se llama inductancia mutua al efecto de producir una fem en una bobina, debido al cambio de corriente en otra bobina acoplada. La fem inducida en una bobina se describe mediante la ley de Faraday y su dirección siempre es opuesta al cambio del campo magnético producido en ella por la bobina acoplada (ley de Lenz ).

3.- Circuito primario y circuito secundario El bobinado donde se conecta la corriente de entrada se denomina primario, y el bobinado donde se conecta la carga útil, se denomina secundario.

4.- Marcas de la polaridad de las bobinas Por efecto de esta convención, se coloca una marca en un extremo de cada una de las dos bobinas acopladas magnéticamente de un circuito para indicar la dirección del flujo magnético si entra una corriente en la terminal marcada de la bobina. Esto se ilustra en la figura.

Dado un circuito, las marcas están colocadas junto a las bobinas, de modo que no es necesario molestarse en cómo marcarlas. Estos puntos se emplean junto con la convención de las marcas para determinar la polaridad de la tensión mutua. La convención de las marcas de polaridad se formula de esta manera:Si una corriente entra a la terminal marcada de la bobina, la polaridad de referencia para la tensión mutua en la segunda bobina es positiva en la terminal con la marca de la segunda bobina.Alternativamente,

Si una corriente sale de la terminal marcada de una bobina, la polaridad de referencia de la tensión mutua en la segunda bobina es negativa en la terminal con la marca de la segunda bobina.Así, la polaridad de referencia de la tensión mutua depende de la dirección de referencia de la corriente inductora y de las marcas en las bobinas acopladas.

5.- Transformador ideal

Un transformador consta de un núcleo sobre el que se enrollan dos o más devanados que reciben el nombre de primario y secundario.Los transformadores tienen varios usos destacando entre otros el de variador de tensión, adaptador de impedancias y separador (aislador de cargas y corrientes).Un transformador de N1 espiras en el primario y N2 espiras en el secundario, se considera ideal si verifica las siguientes condiciones:K = 1L1 = L2 = ∞R1 = R2 = 0 (pérdidas insignificantes en los devanados).Se conoce como razón de transformación de un transformador ideal al cociente:

a= N2/N1

En un transformador ideal se puede demostrar que:

V2/V1 = N2/N1 =a

6.- Relación de espiras La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (V1), aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (V2), obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (N1) y secundario (N2) , según la ecuación:

V2/V1 = N2/N1 =a

7.- Circuitos equivalentes La obtención del circuito equivalente del transformador se inicia reduciendo ambos devanados al mismo número de espiras. En el transformador real se tiene

V2/V1 = N2/N1 = m V2 = V1/m

En el transformador equivalente se tiene que al ser N′2=N1

Luego la relación entre E2 y E′2 es:

E′2 = m. E2

Análogamente se puede obtener que

V`2 = m.V2

Además, para que este nuevo transformador sea equivalente al original las potencias activa y reactiva y, en consecuencia la potencia aparente, deben conservarse.

Como el secundario del transformador equivalente debe consumir la misma potencia aparente que el secundario del transformador real se tiene

V`2.I`2 = V2.I1

De donde se puede obtener la relación entre la corriente real del secundario del transformador y la corriente reducida del secundario del transformador

I`2 = V2.I2/V`2 = V2.I2/m.V2

Procediendo de forma análoga para las potencia activa se tiene

R2.I22 = R`2.I22

En general, cualquier impedancia Z conectada al secundario del transformador se reducirá al primario mediante

Z`2 = m2.Z2

8.- Reflexión de la impedancia del circuito secundario en el primario

La regla general para eliminar el transformador y reflejar el circuito secundario en el lado primario es: divida la impedancia secundaria entre n0, divida la tensión secundaria entre n y multiplique la corriente secundaria por n.Otra forma es hallar el equivalente de Thevenin del circuito a la derecha de las terminales a-b. Se obtiene VTH como la tensión de circuito abierto en las terminales a-b, como se observa en la figura. Dado que las terminales a-b están abiertas, I1 = 0 = I2, de manera que V2 = Vs2. Así, con base en la ecuación

VTh = V1 = V2/n = Vs2/nPara obtener ZTh, se elimina la fuente de tensión del bobinado secundario y se inserta una fuente unitaria entre las terminales a-b, como en la figura. Partiendo de las ecuaciones que expresan la tensión y la corriente en el primario, I1 = nI2 y V1 = V2/n, de modo que

ZTh = V1/I1 = (V2/n ÷ nI2) = Z2/N2 V2 = Z2I2

9.-Pérdidas en los transformadores no ideales

- Pérdidas de potencia en el cobre

Es la suma de las potencias pérdidas en los bobinados de un transformador, funcionando bajo carga nominal. El valor de esta potencia depende de la intensidad de corriente tanto en el bobinado primario como en el secundario, la cual varía mucho desde el funcionamiento en vacío a plena carga.

La variación del valor de la potencia pérdida en el cobre es proporcional al cuadrado de la intensidades de corriente de carga y a la resistencia de los bobinados. Pcu = I12 x r1 + I22 x r2, donde:

Pcu = Pérdidas en los bobinados del transformador. I1 = Intensidad en el bobinado primario. I2 = Intensidad en el bobinado secundario. r1 = Resistencia del bobinado primario.

r2 = Resistencia del bobinado secundario

10.- Transformadores trifásicos

Los transformadores trifásicos es un sistema que consta de generadores, líneas de transmisión y cargas trifásicas. Estos sistemas de potencia en corriente alterna tiene una mayor ventaja sobre los sistemas que producen la corriente directa (dc) estos transformadores trifásicos en (ac) pueden cambiar los voltajes en los transformadores para poder reducir las pérdidas de transmisión de una manera estudia en el campo eléctrico de corriente alterna. Los sistemas de potencia trifásica tienen dos grandes ventajas sobre los sistemas de potencia de corriente alterna.

a) Se puede obtener más potencia por kilogramo de metal de una maquina trifásica.

b) Toda potencia que se suministra en el transformador trifásico es constante en cada momento lo cual no oscila como los transformadores monofásicos.

Los sistemas eléctricos de corriente alterna, casi siempre son sistemas trifásicos, tanto para la producción como para el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Es por lo cual, el estudio de los transformadores trifásicos es de mucha importancia, en el mundo de las maquinas eléctricas.

Un transformador trifásico es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico trifásico, manteniendo una relación entre sus fases la cual depende del tipo de conexión de este circuito.

Características

Es muy relevante hablar sobre las características de los transformadores trifásicos por lo cual se va a conocer las características para los transformadores comerciales para su determinada aplicación:

Potencia nominal asignada en KVA Tensión Primaria y Secundaria

Regulación de tensión en la salida ±% Grupo de Conexión Frecuencia Temperatura Máxima ambiente (si es > 40°) Altitud de la instalación sobre el nivel del mar (si es > 1000m)

Construcción de los transformadores trifásicos

Es un sistema trifásico se puede realizar la transformación de tensiones mediante un banco de tres transformadores monofásicos idénticos (fig. 1) o mediante un transformador trifásico (fig. 2)

Cada columna de un transformador trifásico se le puede considerar como un transformador monofásico. Así, cuando un banco o un transformador trifásico funcionan con cargas equilibradas, todos los transformadores monofásicos del banco o todas las columnas del transformador están igualmente cargados y bastara con estudiar uno solo de ellos mediante su circuito equivalente. Hay que tener en cuenta, entonces que las tensiones y corrientes a que la potencia de una fase es la tercera parte de la total. De esta manera, todas las expresiones obtenidas anteriormente para el estudio del transformador monofásico se pueden adaptar para el estudio de las transformaciones trifásicas con cargas equilibradas

Bibliografía

Fuentes web:

https.//Wikipedia.com.ve.

https.//Slideshare.com.ve.

https.//Monografía.com.ve.