UNIDAD 3: INTRODUCCIÓN A LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS Y TRANSFORMADORES.

UNIVERSIDAD DEL ZULIANUCLEO COSTA ORIENTAL DEL LAGO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALESPROGRAMA DE EDUCACIÓN INDUSTRIAL MENCIÓN MECÁNICA

UNIDAD CURRICULAR: ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

PROFESOR: ING. GERARDO ALBERTO LEAL, MSc.

UNIDAD 3: INTRODUCCIÓN A LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS Y TRANSFORMADORES.

Definición de Maquina Eléctrica: Es un dispositivo electromagnético, que transforma la energía eléctrica y la energía mecánica, utilizando un campo magnético como elemento de acoplamiento para la transformación de la energía.

Clasificación según el tipo de transformación de energía:

Transformador

Motor

Generador

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Clasificación desde el punto de vista Mecánico (Movimiento):

- Estáticas (Transformadores)

- Rotativas (Generados y Motores)

- Máquinas de Corriente Continua (Motores y Generadores)

- Máquinas de Corriente Alterna (Transformadores, Motores y Generadores)

Clasificación desde el punto de vista del tipo de energía eléctrica que transforman

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LEYES FUNDAMENTALES DE ELECTROMAGNETISMO APLICADAS A LAS MAQUINAS ELECTRICAS:

Ley de Inducción de Faraday: El voltaje inducido en un conductor es proporcional a la rapidez de cambio de las líneas de flujo magnético que atraviesan el conductor.

E = N x B donde N es el número de conductores, B el flujo magnético y E el voltaje inducido o FEM Fuerza Electromotriz Inducida.

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LEYES FUNDAMENTALES DE ELECTROMAGNETISMO APLICADAS A LAS MAQUINAS ELECTRICAS:

Ley de Ampere: La corriente que circula por un conductor produce un campo magnético proporcional que rodea al conductor.

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EL TRANSFORMADOR:

- Es un dispositivo que sirve para transformar un voltaje de corriente alterna, elevándolo o reduciéndolo de un nivel a otro por una relación fija, con la respectiva disminución o el incremento de la corriente, para mantener los niveles de potencia eléctrica en el proceso de transformación de energía.

- Se basa en las leyes del electromagnetismo, solo que en vez de movimiento físico, en este caso el voltaje inducido se logra cambiando la cantidad de flujo magnético.

- Su estructura básica es la siguiente:

- El transformador tiene una bobina de alto voltaje (H), una bobina de bajo voltaje (X) y un núcleo de hierro que permite el acoplamiento magnético de ambas bobinas.

- La conexión de entrada de c.a es la bobina primaria NP y la conexión de salida es la bobina secundaria NS.

- La bobina primaria puede ser la de alta o la de baja tensión. Si la entrada es el lado de alta tensión, el transformador se denomina Reductor; si por el contrario la entrada es de baja tensión, el transformador se denomina Elevador.

EL TRANSFORMADOR IDEAL:Un transformador ideal es aquel que tiene las siguientes características:-Todo el flujo magnético creado por la bobina primaria es transferido a la bobina secundaria, es decir no hay pérdidas de flujo magnético en el núcleo. -Las bobinas primaria y secundaria tienen resistencia cero, por lo tanto no consumen potencia y no hay pérdidas de energía en las bobinas.

- En la siguiente figura se muestra el transformador ideal:

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UNIDAD 3: INTRODUCCIÓN A LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS Y TRANSFORMADORES.

Al aplicar el voltaje V1 variable con el tiempo a la entrada del transformador, circula una I1 que de acuerdo a la Ley de Faraday, establece un flujo magnético B, en la bobina primaria: V1 = N1 B, debido a que el flujo magnético circula por el núcleo, se induce en la bobina secundaria un FEM definido por: V2 = N2 B En condiciones de circuito abierto (sin carga), la corriente por el secundario I2 es cero por lo tanto, igualando las ecuaciones por el término de flujo magnético se tiene la expresión: B = V1 / N1 = V2 / N2 que es igual a V1 / N1 = V2 / N2O lo que es lo mismo V1 / V2 = N1 / N2

A la relación anterior se le llama, Relación de Transformación y se denota por : α = V1 / V2 = N1 / N2α el número de veces que se eleva o se reduce el voltaje de entrada

V1 voltaje del primarioV2 voltaje del secundario N1 numero de vueltas de la bobina primariaN2 numero de vueltas de la bobina secundaria V2 = (N2/N1) x V1

Si N2 > N1 V2 > V1 por lo tanto el Transformador es ElevadorSi N1 > N2 V2 < V1 por lo tanto el Transformador es Reductor

EL TRANSFORMADOR IDEAL:

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Si se conecta una carga a la bobina secundaria, circulara por el secundario una corriente I2, la cual incrementa el flujo en el núcleo por lo que aumentaría el voltaje inducido en la bobina primaria.

Debido a que el voltaje del primario es impuesto por la fuente V1, entonces el incremento de la corriente en la bobina secundaria I2 trae como consecuencia un incremento en la corriente I1, proporcional según el número de vueltas de ambas bobinas, por lo que la relación corriente-vueltas estará dada por la expresión:I1. N1 = I2 . N2

Si la relación de transformación α es N1/N2, entonces también la relación de transformación se puede expresar en términos de corrientes tal que:α = V1 / V2 = N1 / N2 = I2 / I1V1 . I1 = V2 . I2 S1 = S 2

De los antes expuesto, se establece que en un transformador ideal, la potencia en el primario (potencia aparente V.I en ac) es igual a la potencia del secundario.

EL TRANSFORMADOR IDEAL:

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EL TRANSFORMADOR REAL:

R1 R2X1 X2

V1 V2 ZL

I1 I2

𝑍 1=√ (𝑅1 )2+ ( 𝑋 1 )2 𝑍 2=√ (𝑅2 )2+( 𝑋 2 )2𝑉 1′=𝐼 1∗𝑍 1 𝑦𝑉 2′=𝐼 2∗𝑍 2

𝐸 1=𝑉 1−𝑉 1′𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜𝑉 1=𝐸1+𝑉 1′

𝐸 2=𝑉 2+𝑉 2′ 𝑦𝑉 2=𝐼 2∗𝑍𝐿 Relación de Transformación α = E1 / E2 = N1 / N2

Eficiencia del Transformador n% = Potencia Salida_____ x100 Potencia Entrada + Perdidas