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Aspectos generales que interesan en el estudio de las mquinas elctricas
Maquina elctrica es un mecanismo destinado a transformar energa de una forma en
otra, una de las cuales por lo menos es elctrica. Desde un punto de vista estrictamente
energtico es posible clasificarlas en tres tipos:
Generadores: transforman energa mecnica en elctrica.
Motores: transforman energa elctrica en mecnica.
Conversores: transforman energa elctrica de una forma a otra.
Desde un punto de vista mas acorde a las normalizaciones, las mquinas elctricas se
clasifican en dos grandes grupos: mquinas elctricas estticas y maquinas elctricas
rotativas.
Transformadores.
Estticas: Rectificadores.
Onduladores.
Sin conmutador.
Rotativas:
Con conmutador.
Son diversos los agentes fsicos presentes en el funcionamiento de una maquina
elctrica, por lo tanto son diversos los campos que podemos encontrar. Pero el ms
caracterstico para explicar la teora de funcionamiento de las mquinas elctricas es el
campo magntico.
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MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO
Magnetismo
Se denomina imn a todo cuerpo capaz de atraer hierro y sus derivados. Tambin son
atrados el nquel (Ni) y el cobalto (Co).
Imanes naturales son los que poseen esta propiedad por s mismos, como es el caso
de la magnetita, tambin llamada piedra imn.
Imanes artificiales son trozos de hierro o acero, que han adquirido estas propiedades
por medios externos, como es el caso del frotamiento con otro imn, o bien por
medios elctricos.
Los imanes, como vemos en la figura que se ve abajo, tienen dos polos, uno llamado
polo norte N y otro opuesto llamado polo sur S. Entre los dos y equidistante de sus
extremos, existe la llamada lnea neutra y sobre la cual no se aprecian los fenmenos
magnticos de atraccin.
Lneas de fuerza de un imn
Campo magntico de un imn es el espacio donde se manifiestan los efectos
magnticos del imn. Para facilitar su estudio, con hechos experimentalmente
comprobados, se sabe que de uno al otro polo del imn se extienden las llamadas lneas de
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fuerza, que se cierran sobre s mismas y que convencionalmente se dice que salen por el
polo norte y entran por el polo sur.
Si se rompe un imn cada parte del mismo sigue conservando las mismas
propiedades, llegndose a comprobar que cada molcula de un imn constituye un imn
elemental.
Propiedades magnticas de la materia
Desde el punto de vista magntico, todas las substancias experimentan algn cambio
cuando se hallan sometidas a un campo magntico. En razn de esto podemos clasificarlas
en:
Propiedades magnticas
Ferromagnticas. Estas substancias son atradas e imanadas por los campos
magnticos, como son el hierro, el nquel y el cobalto o tambin las ferritas.
Estos materiales son los que se emplean para la fabricacin de imanes
permanentes o temporales.
Diamagnticas. stas son las substancias que son rechazadas hacia la regin
donde el campo magntico es menor, ya que se oponen a dicho campo como
es el caso del bismuto principalmente.
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Paramagnticas. Son las substancias atradas hacia la zona del campo
magntico que tiene ms intensidad, aunque apenas se imanan como es el caso
del manganeso, el aluminio y el cromo, entre otros.
Electromagnetismo
Los imanes naturales poseen muy poca fuerza atractiva ya que sus campos
magnticos son muy pequeos. Cuando se requieren campos magnticos ms intensos se
emplean bobinas recorridas por una corriente elctrica las cuales dan lugar a un campo
magntico alrededor de la bobina.
Electromagnetismo es, por tanto, la parte de la electricidad que estudia la relacin
entre los campos magnticos y la corriente elctrica.
Los fenmenos magnticos se deben a fuerzas originadas por cargas elctricas en
movimiento; en otras palabras, oda carga elctrica en movimiento, adems de crear un
campo elctrico, origina tambin, en el espacio que lo rodea, un campo magntico.
Las lneas del campo elctrico van del polo positivo al negativo o se pierden en el
infinito, mientras que las lneas del campo magntico se cierran sobre s mismas.
Visin general de un campo magntico
Al circular una corriente continua en una bobina, en el interior de sta se produce un
campo magntico cuyas lneas de campo o lneas de induccin tienen un sentido que se
determina con la regla del tirabuzn. El campo tambin existe en la parte exterior de la
bobina donde sus efectos son mucho mas dbiles.
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El campo tiene una magnitud, es la induccin magntica o densidad de flujo, que se
indica con la letra B. La cantidad total de lneas o flujo magntico est dada por la relacin:
SB =f
f es el flujo magntico medido, B es la induccin y S la seccin que contiene las
lneas de flujo considerada en sentido normal a las mismas.
El estado magntico dentro de la bobina se debe a la existencia de la corriente de
excitacin i que recorre la misma. Esta vinculacin la dejamos en evidencia haciendo el
anlisis sobre un anillo de seccin circular sobre el cual se arrollan N espiras por las que
circula una corriente i.
Experimentalmente se establece que la induccin es l
iNB
= .0m
0m se denomina permeabilidad absoluta o del vaco y l es el largo de la lnea madia
magntica.
A la relacin Hl
iN=
se la denomina intensidad de campo o excitacin magntica.
Midiendo i en Amper y l en metros, H se mide en Amper vuelta por metro.
Si en vez del anillo tomamos una bobina, esto se cumple con bastante aproximacin.
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Si en una bobina de este tipo introducimos un material ferromagntico, las lneas de
campo se encausan y la induccin se calcula de la siguiente forma.
Hl
iNB mmmm 00 =
=
m es la relacin entre la permeabilidad del vaco y la permeabilidad de la sustancia
colocada en el campo, denominada permeabilidad relativa. Es un valor fijo y constante en
las sustancias empleadas corrientemente.
Volviendo sobre la expresin Sl
iNSB
== 0mmf y reordenndola:
Sl
iN
0mmf
=
FiN = se llama fuerza magneto motriz.
RS
l=
mm0 se llama reluctancia.
quedando RF
=f
Esto indica que el flujo en un circuito magntico es funcin directa de la fuerza motriz
y funcin inversa de la reluctancia. Esta ley es muy parecida a la ley de Ohm y se llama ley
de Ohm para circuitos magnticos o ley de Hopkinson
Magnitudes fundamentales
El recorrido de las lneas de campo magntico recibe el nombre de circuito
magntico. Pero a pesar de su semejanza con los circuitos elctricos existe una gran
diferencia entre ellos. Un circuito elctrico puede estar cerrado o abierto segn que est
funcionando o no, mientras que un circuito magntico nunca puede estar abierto ya que no
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existen aislantes magnticos. Por tanto, siempre que exista una causa productora de
magnetismo, sus lneas de campo recorrern un circuito cerrado.
A continuacin estudiaremos las magnitudes fundamentales de los circuitos
magnticos, siendo las ms importantes: el flujo, la induccin, la reluctancia y la fuerza
magnetomotriz.
Flujo magntico
Recibe el nombre de flujo magntico el total de lneas de fuerza existente en un
circuito magntico. El flujo se representa por la letra griega fi, F .
La unidad de flujo magntico ms empleada es el Maxvelio, del sistema
Electromagntico o el Weber del sistema Giorgi.
Induccin magntica
Es el nmero de lneas de campo magntico que atraviesa la unidad de superficie. Se
representa por la letra griega beta b .
La unidad de induccin magntica ms empleada es el Gauss, perteneciente al sistema
electrosttico, que es el nmero de lneas de fuerza que atraviesa un centmetro cuadrado de
superficie.
Relacin entre el flujo y la induccin
De acuerdo con las definiciones de flujo e induccin magntica anteriores podemos
decir que: La induccin magntica, expresada en gauss, en un circuito magntico es igual
al cociente que resulta de dividir el valor total del flujo expresado en maxvelios por la
superficie total S, expresada en cm2.
SS
=FF
= bb ;
Esto es cierto cuando el campo es perpendicular a la superficie. Cuando el campo
magntico forma un ngulo a con la superficie, el valor de la induccin sera:
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aba
b cos;cos
=F
F= S
S
Flujo e induccin
Intensidad de campo magntico
La intensidad de campo magntico, tambin llamada excitacin magntica, es una
magnitud poco conocida y difcil de definir; en realidad la definicin mas acertada sera que
a toda intensidad de campo elctrico le corresponde una intensidad de campo magntico
llamada H, bajo cuya accin surge la induccin magntica )(b . Siendo )(m la
permeabilidad absoluta del medio, tenemos la relacin:
Ejercicio: Cunto valdr la induccin en un circuito magntico cuya seccin es de 34 cm2, sabiendo que el flujo que lo atraviesa es de 234.600 Maxvelios?
Induccin Gausscm
MS
900.634
000.234;
2==
F== b
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mb
=H
Otra definicin es que es la fuerza ejercida en un punto o lugar del campo
determinado sobre una superficie de un centmetro cuadrado situada en ese punto. Debido
a esto la unidad de intensidad de campo magntico puede ser el gauss, la misma que la de la
induccin magntica.
Recordamos aqu que la permeabilidad absoluta de un medio )(m es:
H
Kb
mmm == ;0
siendo )( 0m la permeabilidad absoluta del vaco.
Coeficiente de permeabilidad magntica )(m
Recibe este nombre la relacin existente entre el nmero de lneas de fuerza que
atraviesan un centmetro cuadrado del interior de una bobina con un ncleo de hierro y la
cantidad de lneas de fuerza que la atravesaban cuando no haba tal ncleo.
La permeabilidad absoluta de un medio (aire, hierro, etc.) se expresa generalmente
por dos valores:
Permeabilidad absoluta ./0 AmpcmgaussK === mm
siendo K un coeficiente numrico que indica la relacin entre la conductividad magntica
de la substancia dada (aire, hierro, etc.) y la conductividad magntica del vaco, que vale 1,
al igual que en el aire y 0m es la llamada permeabilidad absoluta del vaco, cuyo valor es:
1,265 . 10-8 gauss cm/A
Intensidad de campo creada por una bobina
En el interior de una bobina podemos considerar que existe una intensidad de campo
H uniforme, mientras que en el exterior existir un campo magntico no uniforme y por
tanto la intensidad de campo magntico ser distinta segn el punto considerado.
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Sl
Ni
Hl
Nil
Ni
S
mm
mmmmb
mb
b
0
00
0 )(
=F
==
=
=F
En el caso de una bobina sin ncleo de hierro, siendo N el nmero de espiras de la
bobina, I la intensidad elctrica que la recorre en amperios y 1 la longitud en cm, de dicha
bobina, la intensidad de campo H ser:
Amperiosl
INH ==
=
0
0
mb
vuelta/cm.
Para que el valor de H nos salga en Oersted, que es una unidad ms prctica,
deberemos multiplicar la expresin anterior por 1,25.
Oerstedl
INH =
=
25,1
Con esto vemos que la intensidad de campo magntico depende solamente de la
corriente elctrica y no de las substancias que forman el circuito magntico.
Si en la anterior bobina o selenoide introducimos un ncleo magntico, la intensidad
de campo H no vara, aunque s lo hace la induccin magntica al aumentar el coeficiente
de permeabilidad magntica m.
Permeabilidad absoluta del medio 0mm == K
Induccin l
INKHKHK
===== 000 mmmbb
Resumiendo, podemos decir que en los materiales ferromagnticos:
1;; 00 >>> Kbbmm
Una bobina recta de 7 cm. De longitud tiene 1400 espiras; si es recorrida por una
corriente de 15 amperios, cunto valdr la intensidad de campo magntico que se crea en su interior?
Oerstedcm
ampespxxlNI
H 750.37
15140025,125,1===
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Fuerza magnetomotriz
La fuerza magnetomotriz (f.m.m) es la causa que mantiene el flujo de las lneas de
fuerza en un circuito magntico y se manifiesta siempre que una bobina es recorrida por
una corriente elctrica.
La f.m.m es directamente proporcional al nmero de espiras de la bobina N y de la
intensidad que la recorre I.
Experimentalmente se demuestra que el valor de la f.m.m producida en una bobina al
paso de la corriente elctrica es:
== INmmf 25,1.. amperios vuelta
El producto N.I recibe el nombre de amperios-vuelta y el factor 1,25 se utiliza para
que el valor se d en el sistema electromagntico, al igual que los valores de flujo
magntico (Maxvelio) o de la induccin (Gauss).
Como vemos por la expresin anterior, la f.m.m no depende para nada del medio en
que se realiza; en otras palabras, ser la misma en una bobina con ncleo de hierro que sin
l.
Reluctancia
Se llama reluctancia a la mayor o menor facilidad con que las lneas de campo pueden
pasar por el interior de un circuito o ncleo magntico, es decir, la resistencia que opone el
circuito magntico al establecimiento de un flujo de lneas de fuerza.
La reluctancia se representa por la letra R o Re y no tiene unidad especial en el
sistema Electromagntico. Comparndola con la fuerza magnetomotriz tenemos que:
F
=F
=F==INmmf
INmmf..
ReRe;...
Si el circuito magntico no es uniforme, como sucede entre los hierros, donde la
permeabilidad magntica mes mucho menor que en el hierro, o en el caso de que en el
circuito hubiera cualquier otro material, sera necesario aumentar la seccin en estos
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espacios, para que el flujo permanezca constante. En estos casos la fuerza magnetomotriz
sera:
=F== Re.25,1.. INmmf amperios vuelta Otra expresin ms til de la reluctancia Re es la que describimos a continuacin y
que est dada en funcin de la seccin (S) y de la longitud media (l) de las distintas partes
de un circuito magntico, de forma parecida al clculo de la resistencia elctrica de un
conductor:
lIN
SINmmf
=
F=F==
mbRe;..
Sl
SL
ININ
SININ
=
=
=F
=mmb
Re
Circuito magntico heterogneo
Ejercicio Una bobina de forma toroidal tiene un dimetro medio de 55 cm. Y un dimetro de espira de 3 cm. Calcular la reluctancia del circuito magntico, construido de acero fundido, cuando est sometido a una induccin de 17.000 gauss. La permeabilidad del acero fundido sometido a 17.000 gauss vale 210 gauss.cm/amp.
La formula que debe emplearse es S
l
=m
Re , para lo cual necesitamos calcular primer
la longitud (l) y la seccin(S). Longitud cmcmxdl 7,1725514,3 ==== p
Seccin 222
74
314,34
cmxd
S ==
==p
Reluctancia 117,072107,172
Re ===cmxcm
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Ley de Hopkinson
Esta ley es similar a la de Ohm de los circuitos elctricos y dice as: En todo circuito
magntico se cumple que el flujo magntico es el cociente que resulta de dividir la fuerza
magnetomotriz por la reluctancia.
F===F
mmfMaxvelios
mmf ..Re;
Re..
Correspondencia Ley de Ohm/Ley de Hopkinson
Ley de Ohm Ley de Hopkinson
Intensidad I Flujo magntico F
Tensin V Fuerza magnetomotriz f.m.m
Resistencia R Reluctancia Re
A pesar de la aparente analoga entre las dos leyes anteriores, existe entre ambas una
diferencia fundamental, como es que en un circuito elctrico al ser la resistencia constante,
mientras no vare la temperatura, la intensidad solamente depende de la tensin. Mientras
que en un circuito magntico la reluctancia depende del valor que tome la induccin en el
circuito, por tanto depende del flujo y de la fuerza magnetomotriz.
Igual que en los circuitos elctricos la resistencia R dependa de la longitud y seccin
de los conductores, tambin la reluctancia magntica depende de la longitud y seccin de
los circuitos magnticos, pero empleando el coeficiente de permeabilidad magntica m, en
vez de la resistividad elctrica (r ).
Sl
=m
Re
Histresis magntica
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Tambin llamada remanencia o magnetismo remanente, es la caracterstica que
poseen todos los materiales magnticos, de mantener parte de su imanacin, cuando ya ha
cesado la causa que la produjo.
El fenmeno de histresis da lugar a prdidas de potencia en los circuitos magnticos
de los aparatos y maquinas elctricas, con lo cual es de gran importancia su estudio para la
construccin de circuitos magnticos.
Ciclo de histresis: si partiendo de un hierro en estado neutro, lo vamos imanando
mediante una bobina, en la cual se va aumentando poco a poco la corriente I, de tal modo
que la intensidad de campo magntico H aumente continuamente, la induccin magntica
b tambin aumenta, siguiendo la curva A, que vemos en la figura de abajo. Si procedemos
luego a disminuir el campo, disminuyendo la corriente, los valores de H no siguen la misma
curva durante el descenso, sino que se mantienen bastante por encima de la misma, como
nos indica la curva AS superior, hasta el punto que, suprimiendo totalmente la corriente de
imanacin y por supuesto el campo magntico, queda todava una imanacin residual. Para
reducirlo a cero es necesario invertir el sentido del campo, por ejemplo invirtiendo la
corriente en la bobina.
Ciclo de histresis
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Prosiguiendo la imanacin, en sentido negativo, vuelve a crecer la induccin tambin
en sentido contrario. Al repetir otra vez el proceso, reduciendo el campo y luego
aumentndolo de nuevo, se llega al valor de la remanencia (0C-0C). La forma de lazo de la
curva A nos indica que la induccin sufre un retraso, respecto a las variaciones de la
intensidad de campo magntico H.
Corrientes inducidas Induccin electromagntica
Siempre que un conductor se encuentre sometido a una variacin de flujo magntico,
se genera en el mismo una fuerza electromotriz, que llamamos inducida. La fuerza
electromotriz (f.e.m) o (E) se mide en voltios. Este fenmeno es el denominado induccin
magntica.
Corrientes inducidas
Las variaciones de flujo magntico pueden tener lugar en funcin del tiempo o el
espacio.
Por ejemplo, si tenemos una bobina fija dentro de un flujo variable, se induce en la
misma una corriente elctrica; ste es el principio de los transformadores.
Si por el contrario el campo magntico est fijo y movemos la bobina de tal forma
que corte la lneas de campo, tambin aparecer en la bobina una corriente elctrica
inducida; ste es el principio de los generadores.
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En ambos casos, si medimos la f.e.m o tensin inducida ser proporcional al nmero
de espiras de la bobina (N) y a la variacin de flujo cortado por ellas (F ), e inversamente
proporcional al tiempo (t) que tardan las espiras en cortar dicho flujo.
Ndtd
EmefF
-==..
Michael Faraday (1791-1867), fue un fsico y qumico ingls, cuyos
descubrimientos ms importante son: las corrientes inducidas (que han permitido la
construccin de motores y generadores elctricos), la ley de las descomposiciones qumicas
en la electrlisis, las acciones de los imanes sobre la luz polarizada, etc. puede decirse que
es el fundador de la electroqumica y del electromagnetismo.
Ley de Faraday: La fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual y de signo
contrario a la velocidad con que vara el flujo magntico en dicho circuito.
Ley de Faraday
La ley de Faraday se puede demostrar con el montaje de la figura anterior, en el cual
un conductor M-M, se mueve sobre los conductores metlicos C-D y C-D, con una
velocidad (v), a la vez que se halla sometido a un campo magntico (b ), perpendicular al
conductor.
Si la velocidad (v) y la induccin (b ) son constantes, la fuerza electromotriz inducida
en el conductor ser igual a la induccin (b ), por la superficie de campo magntico barrida
(L.v)
f.e.m. = b .l.v (principio de los generadores)
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Para que la f.e.m nos sea dada en voltios, hemos de poner la induccin b en Gauss, la
longitud l en centmetros, la velocidad v en centmetros.segundo, y dividir por 108.
voltiosvl
mef =
=810
..b
Cuando el conductor se mueve y aparece en l una corriente elctrica I, al estar a su
vez dentro de un campo magntico, se encuentra sometido a una fuerza F, cuyo valor es:
F=b .l.I (principio de motores)
Direccin de la corriente inducida
Cuando el conductor M-M se desplaza por ejemplo hacia la derecha, el rea dS
barrida en un tiempo dt vale:
dS = l.v.dt
y por tanto, la variacin de flujo magntico cortado en el circuito MD-MD ser negativa
por disminuir el rea del mismo:
dtvldSd -=-=F bb
y en consecuencia:
vldt
dtvldtd
mef -=-
=F
-= bb
.. (expresin de la Ley de Faraday)
Ley de Lenz
La direccin de la corriente o f.e.m. inducida es tal que, por sus efectos
electromagnticos, se opone a la variacin del flujo que la produce.
Ejercicio Cunto valdr la f.e.m inducida en un conductor de 25 cm. de longitud que se mueve a una velocidad de 400 cm/segundo, perpendicular a las lneas de fuerza de un campo magntico, cuya induccin es de 11.400 gauss?
vcmcmxGxvl
mef 14,1000.000.100
40025400.1110
..8
==
=b
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Regla de la palma de la mano derecha
Esta es una regla prctica que nos ayuda a saber la direccin de la corriente inducida
en un conductor, sabiendo la direccin de las lneas de fuerza (que recordemos salen por el
polo norte y entran por el polo sur) y la direccin del movimiento. Dice as:
Colocando la palma de la mano derecha, de tal forma que nos entren por ella las
lneas de flujo magnticas y el dedo pulgar en la direccin del movimiento, los otros dedos
de la mano nos indicaran el sentido de la corriente inducida.
F.E.M. inducida en una bobina que gira
La f.e.m. generada en un conductor es: 810
...-
=
vlmef
b pero esto tiene poco inters
en la prctica, ya que los generadores estn formados por bobinas de muchas espiras que
giran cortando el flujo magntico:
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Como cada espira est formada por dos conductores, que son sus lados activos, unidos en
serie, en cada espira se induce una fuerza electromotriz doble que en un conductor, o sea:
voltiosvl
Eeespiramef =
==- 810
2).(..b
. En consecuencia la f.e.m. generada en una
bobina (Eb) ser igual a la generada en una espira por el nmero de espiras que tiene la
bobina: voltiosEeNEbbobinamef ===).(..
Autoinduccin
Cuando vara la intensidad de la corriente que pasa por un circuito elctrico
(conductor, espira o bobina), el campo magntico creado por dicha corriente tambin sufre
idnticas variaciones, originndose en consecuencia una variacin de flujo magntico, y
debido a esta variacin de flujo aparece en el circuito una fuerza electromotriz inducida. De
acuerdo con la ley de Lenz esta f.e.m. inducida se opone a la causa que la produce, que no
es otra que la intensidad de la corriente elctrica variable, y por lo tanto la denominaremos
fuerza electromotriz autoinducida.
Como la f.e.m. autoinducida depende de la variacin del flujo (F ) y dicho flujo es
proporcional a la corriente elctrica (I), el flujo de autoinduccin vale: IL =F ; I
LF
= ,
siendo L un coeficiente que depende de las caractersticas fsicas del circuito y que
llamaremos coeficiente de autoinduccin.
Ejercicio Tenemos una bobina de 140 espiras, cuyos lados activos tienen una longitud de 300mm, si se mueve a una velocidad de 12m/s dentro de un campo magntico de 7500 gauss, cunto valdr la f.e.m. inducida en la misma?
VespscmcmG
Nvl
Ebmef 756100000000
140/1200307500210
2...8
=
=
==-
b
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En una bobina de N espiras, que es el caso ms comn en donde se manifiestan los
efectos de la autoinduccin, tendremos: ILN =F ; I
NL
F= .
La unidad del coeficiente de autoinduccin L es el Henrio (H), emplendose
tambin su submltiplo, el milihenrio (mH).
Por definicin, tambin podemos decir que un circuito tiene una autoinduccin de 1
henrio cuando una variacin de 1 amperio por segundo, en la corriente que lo recorre,
induce en el mismo una fuerza electromotriz de 1 voltio.
Para hallar el valor del coeficiente de autoinduccin L, poniendo el flujo en
Maxvelios, la intensidad (I) en amperios, la longitud l en cm, la seccin (S) en cm2 y
coeficiente de permeabilidad (u) del circuito magntico, tendremos que multiplicar por 1,25
y por 10-8 con lo cual tendremos: NIL 810
=F ; l
SuNI
NL
=
F=
8
2
8 1025,1
10.
Valor de la f.e.m. autoinducida: en un solenoide o bobina al variar la corriente I que la
recorre, varia tambin el flujo F , por depender de la propia corriente. En consecuencia la
f.e.m. autoinducida ser proporcional a estas variaciones, por lo tanto, su valor expresado
en voltios, ser : NdtdI
Ldt
ILdN
dtd
NEadaautoinducimef -=
-=F
==)(
).(.. . El
signo es necesario ya que, segn la ley de Lenz, la fuerza electromagntica autoinducida se
opone a la causa que la produce, que no es otra que la variacin de la intensidad que recorre
el circuito.
Ejercicio Cunto valdr el coeficiente de autoinduccin (L) de una bobina sin ncleo de hierro (u=1) formada por 250 espiras, siendo su longitud 10cm y la seccin que abarca el flujo de 160 centmetros cuadrados?.
Hcmesp
ISuN
L 0125,010100000000
16025025,110
25,1 228
2
=
=
=
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APERTURA Y CIERRE DE UN CIRCUITO CON AUTOINDUCCIN
En un circuito como el de la siguiente figura, con una bobina, una resistencia y un interruptor con el cual, al abrirlo y cerrarlo, hacemos variar la corriente, aparecer una f.e.m. autoinducida de valor:
dtdI
LEa -=
De acuerdo con la segunda ley de Kirchhoff, siendo E tensin de la red y Ea la fuerza
electromotriz autoinducida, en el circuito se cumplir:
dtdI
LERIEaE
RIE
-==-
=
La presencia de la autoinduccin se nota al cerrar e1 circuito, como consecuencia de
la variacin de la corriente I durante la conexin que a su vez origina un flujo variable.
Como consecuencia, la intensidad no alcanza su valor mximo instantneamente sino
despus de un cierto tiempo, corno vemos en el grfico de la figura.
El valor que va tornando la intensidad I es el que vemos en la frmula siguiente, sin
demostracin, ya que es necesario una operacin de integracin:
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)1( / LtReRE
I --= (al cierre)
7182,2=e (base log. neperianos)
En la apertura del circuito, la corriente I manifiesta la misma inercia que en el cierre.
Si se provoca una desconexin muy rpida, se origina una desaparicin muy rpida del
campo magntico, originndose una fuerte tensin de autoinduccin, muy perjudicial para
los aislamientos, que a su vez provocara una fuerte chispa de ruptura en el interruptor. Hay
que tener en cuenta que durante la apertura brusca acta solamente la f.e.m autoinducida.
El valor que tomara la intensidad, lo vernos reflejado en la grfica y su valor ser:
)/( LtReRE
I -= (en la apertura)
La energa necesaria para desarrollar la f.e.m. autoinducida, hasta que la corriente y el
campo magntico alcanzan sus valores finales o, lo que es lo mismo, la energa acumulada
en la inductancia vale:
segundoVatioJuliosILW === 221
CORRIENTES PAR`SITAS O DE FOUCAULT
Len Foucault (1819-1868) fue un fsico francs, que invent el girscopo, demostr
la rotacin de la tierra mediante el pndulo y midi la velocidad de la luz mediante espejos
giratorios. Tambin estudi el electromagnetismo y descubri las corrientes que llevan su
nombre.
En los circuitos magnticos, a las prdidas de potencia por histrisis hay que sumar
otras prdidas, denominadas corrientes parsitas o de Foucault.
Al ser los materiales de los ncleos magnticos buenos conductores de la electricidad,
por estar sometidos a un campo magntico variable, se producen en ellos f.e.m.
inducidas, circulantes dentro del propio ncleo. Estas corrientes son las llamadas
corrientes parsitas o de Foucault.
Las corrientes parsitas son muy perjudiciales, ya que las prdidas de potencia que
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originan aumentan el calor producido en las mquinas, disminuyendo su rendimiento.
Para reducir estas perdidas se construyen los ncleos magnticos, cuya induccin ha
de ser variable, de empilado de chapas de pequeo grosor y aisladas entre s, con el fin de
aminorar las corrientes parsitas. Las chapas suelen tener espesores entre 0,35 y 0,5 mm. y
el aislamiento a base de xidos de la misma chapa o de barnices especiales.
Corrientes parsitas
Son las que se originan en las masas de material magntico sometidas a flujos
variables.Supongamos un prisma de Fe atravesado por un flujo variable. Esta hipottica
parte forma una especie de anillo cerrado semejante a una espira en corto circuito; si dentro
hay un flujo variable habr una f.e.m y por lo tanto circular una corriente. Como hay
resistencia ohmica habr desarrollo de calor acorde a la ley de Joule. Por esta razn las
corrientes parsitas generan calor que eleva la temperatura del hierro.
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Prdidas magnticas
Es un hecho conocido que cuando un trozo de hierro es sometido a un flujo variable
aumenta su temperatura debido a la produccin de calor por prdidas magnticas o prdidas
en el hierro.
Prdidas totales en el hierro
Para disminuir las prdidas por corrientes parsitas existe el recurso de laminar los
circuitos, es decir construirlos con chapa laminada (de 0,3 mm. a 0,5 mm.) adosadas unas a
otras aisladas entre s (papel, barniz, xido).
Para disminuir las prdidas por histresis el nico recurso es elegir el material
adecuado. Se usan hierros con aleaciones de silicio que tiene la propiedad de disminuir el
rea de histresis. Tambin se emplean chapas con cristales orientados de muy bajas
prdidas.
Prdidas elctricas
Por los circuitos elctricos de las mquinas circulan corrientes que como
consecuencia de las inevitables resistencias que presentan desarrollan una potencia que se
transforma en calor por el efecto JOULE. Estas prdidas se llaman prdidas elctricas o
prdidas en el cobre.
= RipCu 2
Prdidas por rozamiento y adicionales
stas se producen por rozamiento en cojinetes y escobillas, no se pueden calcular
fcilmente y son alimentadas mecnica y elctricamente. Como estas prdidas dependen de
la velocidad, del flujo o de ambos pero no de la carga, se engloban en una sola clase.
Rendimiento
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Es la relacin entre la potencia til y la absorbida.
Rend. = Pot til = Pot. Abs. Prdidas = h Pot. abs Pot. abs
FUERZAS ELECTROMAGNTICAS
Segn vimos, cuando un conductor es recorrido por una corriente elctrica, a la vez
que se encuentra sometido al flujo de un campo magntico, aparece en l una fuerza F; si se
invierte la corriente en el conductor la fuerza permanece, pero en sentido contrario.
E1 valor de esta fuerza electromagntica es proporcional al campo magntico y a la
corriente que recorre el conductor, y recordarnos que su valor es
IlF = b
aunque si queremos que esta fuerza F nos sea dada en kilogramos, expresando la induccin
b en gauss, la longitud l en centmetros y la intensidad I en amperios, debemos multiplicar
la frmula anterior por 10,2 y por 10-8
Fuerza electromotriz=F=10,2 .10 8 KgIl = -b
El sentido de la fuerza viene dado por la llamada regla de la mano izquierda, que
vemos en la figura siguiente y dice as: colocando la mano izquierda abierta de modo que
las lneas de campo entren por la palma de la misma, y sealando con los cuatro dedos el
sentido de la corriente, manteniendo el pulgar extendido, ste nos seala el sentido de la
fuerza.
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Todo esto que acabamos de explicar es precisamente el principio de los motores
elctricos, ya que en stos, como veremos en los dibujos de la figura siguiente, los
conductores del rotor se hallan recorridos por corrientes inducidas debido a los campos
magnticos de los polos del estator, y por tanto, dichos conductores son desplazados por las
fuerzas electromagnticas originadas en ellos mismos, arrastrando a su vez al rotor en un
movimiento de giro.
Sentido de las fuerzas electromotrices
Campos magnticos fijos y constantes
Ejercicio Cunto valdr la fuerza electromagntica ejercida sobre un conductor de 32 cm de
longitud, que es recorrido por una corriente de 27 amperios, por el campo magntico
de un electroimn, cuya induccin es de 6.000 gauss?
.528,0000.000.10
2732000.62,1010
2,108
KgampcmxGxxIl
F ==
=b
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Si a un circuito como este se le aplica una corriente continua se producir en el ncleo
y fuera de l un campo. La constancia del valor de la induccin o del flujo ser a raz de la
constancia de la corriente i.
Admitiendo que todos los elementos del circuito magntico son constantes vemos que
a cada valor de corriente le corresponde un nico valor de flujo.
Campos magnticos alternativos
A la bobina se le aplica una corriente alterna sinusoidal. A cada valor de i le
corresponde un valor de f .
( )tfi = ( )tf=f
Campos rotantes
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Varios campos alternativos se pueden combinar para obtener lo que se conoce como
campo rotante o campo giratorio que es de gran aplicacin el de las mquinas.
En la explicacin buscamos las mximas condiciones de simetra. En la figura se ven
seis bobinas iguales, con igual nmero de espiras colocadas en un mismo plano con sus ejes
a 60 entre s. El conjunto se coloca a una red trifsica.
Las bobinas R R forman un solo conjunto magntico de eje comn, y si por ella
circula una corriente alterna forman un campo alternativo de eje concordante con el eje de
ambas. Lo mismo ocurre con los otros juegos de bobinas.
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En las figuras lo que hacemos es un anlisis imaginando a los mismos detenidos;
dejamos pasar un pequeo instante y nos volvemos a detener. Al cabo de un ciclo completo
de cualquiera de las tres corrientes se habr dado una vuelta completa.
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Transformadores
Un transformador es una mquina electromagntica esttica que transforma las
magnitudes de un sistema alternado, que llamaremos primario, en otro sistema que
denominaremos secundario, de diferentes valores de tensin y corriente manteniendo
invariable la frecuencia, transfiriendo energa de un sistema a otro.
El transformador vincula el sistema primario con el sistema secundario a travs de un
circuito magntico, no existiendo entre ambos sistemas conexin elctrica.
Principio de funcionamiento
La operacin del transformador se basa en el principio de interaccin
electromagntica de dos o ms circuitos elctricos vinculados magnticamente entre s.
Sea una bobina de N espiras como la mostrada en la figura siguiente; al aplicar una
tensin variable en el tiempo, V1 (t), circular una corriente i 1 (t) que producir una fuerza
magnetomotriz f.m.m.1 (t) = f1 tambin variable en el tiempo. Esta f.m.m. 1 establecer un
flujo magntico mf variable en el tiempo.
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Por la ley de Faraday (si el flujo magntico concatenado con un circuito conductor
cerrado vara en el tiempo, se induce una fuerza electromotriz en el circuito), aparece en la
bobina una fem que por ley de Lenz se opone a la causa que la produce, es decir se opone a
la variacin de flujo. El valor de esa fem est dado por:
dt
tdNe m
)(11
f-=
Si se coloca una segunda bobina de N2 espiras que concatene con el mismo flujo mf
establecido por la f.m.m.1 de la primer bobina, como en la figura.
El flujo mf inducir en esta segunda bobina una fem:
dt
tdNe
m )(22
f-=
que podr ser medida con un voltmetro en los extremos de la segunda bobina. De esta
manera y sin vinculacin elctrica entre las bobinas, se logra obtener en la segunda una
tensin V2 (t) en general diferente a la V1 (t) con que se energiza a la primer bobina.
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Transformador ideal monofsico
Se comenzar por analizar el funcionamiento de un transformador ideal que cumplir
las siguientes condiciones:
1- Resistencias de los bobinados nulas (conductores ideales).
2- Flujos de dispersin nulos, es decir todo flujo establecido en el circuito magntico
concatena con los bobinados primarios y secundarios.
3- Circuito magntico lineal. Es decir no existe saturacin por lo que la relacin
entre flujo y fmm es constante: f =cte. fmm. Adems el circuito magntico no
tiene histresis (prdidas en el hierro nulas), ni prdidas por Foucault.
En base a estas hiptesis simplificatorias, si alimentamos el transformador con una
tensin tVV wcos2 11 = , la corriente y el flujo magntico resultarn sinusoidales
por la linealidad supuesta del circuito magntico (mcte. R = cte.).
Transformador en vaco (secundario abierto: I2 = 0)
Supongamos que el flujo vara con la ley sinusoidal del tipo:
tsent m wff =)( donde fpw 2=
La fem inducida en las N1 espiras del primario ser:
tNdt
tdNe m wwf
fcos
)(111 -=-=
tEtfNe m wwfp coscos2 max11 -=-= donde mfNE fp21max =
Es decir, la fem retrasar 90 con respecto al flujo. La corriente i0 que circule por el
primario estar en fase con el flujo, pues
R
tiNt
)()( 01=f donde R = cte.
El valor eficaz de e ser:
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mfNE
E fp
1max
12
2
2== mfNE f11 44,4= (1)
Dado que hemos supuesto que todo el flujo concatenado con el primario tambin
atraviesa ntegramente el secundario, como en la siguiente figura; (flujo de dispersin
nulo), en las N2 espiras del secundario se inducir una fem:
tNdt
tdNe m wwf
fcos
)(222 -=-= cuyo valor eficaz es:
mfNE f22 44,4= (2)
Dado que en el primario es:
011 =+ EV 11 EV -= (3)
y que 0010 cteI
RIN
RF
m ==f (4)
podemos hacer el siguiente diagrama factorial del transformador ideal en el vaco...
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teniendo en cuenta las expresiones (3) y (4) y que
mfNjE f11 44,4-= (5)
mfNjE f22 44,4-= (6)
Relacin de transformacin
Si dividimos m. a m. las expresiones (1) y (2), resulta:
.2
1
2
1 cteNN
EE
==
A la relacin aNN
=2
1 se la denomina relacin de transformacin.
Por lo tanto: 21 aEE =
A la expresin 212 EaE = la denominaremos fem del secundario referida al primario.
Por lo tanto:
121 EE = y 121 EE = (7)
con esta definicin, el diagrama de la anterior figura queda modificado como se
muestra a continuacin:
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Y resulta:
211 EEV -=-= (8)
Transformador ideal en carga
Conectemos una carga R + jX en el secundario del transformador ideal:
La fem 2E del secundario har circular una corriente 2I por la carga con un factor de
potencia cos 2f que depender de la carga.
Dado que se sigue cumpliendo por Kirchoff la expresin (3), el valor de mf no vara
al conectarse la carga en el secundario pues si cteV =1 resulta E1 = cte ( mf = cte). Como
conclusin, el valor de fmm 00 INF = que establezca el flujo mf en vaco ser la misma
que en carga.
Pero al circular la corriente I2 en el secundario, aparecer una fmm 222 INF = en el
secundario. Este hecho har tomar una corriente I1 al primario, de manera que la fmm
111 INF = compuesta con F2 d como resultado una F0 igual a la del transformador en
vaco
012211021 INININFFF =+=+ (9)
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Teniendo en cuenta estas consideraciones podemos hacer el diagrama fasorial:
Magnitudes referidas al primario
Si en la expresin (9) dividimos m. a m. por N, resulta:
021
21 IIN
NI =+ pero 021
2
1 1 IIa
IaNN
=+=
Al valor 22 1
IIa
= se lo denomina corriente secundaria referida al primario.
I1+I 2 = I0 (10)
Adems E2 = a E2 = E1 (11)
Con (10) y (11) podemos hacer el diagrama fasorial:
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Circuito equivalente del transformador ideal
Hallaremos un circuito elctrico equivalente al transformador ideal.
Podemos escribir:
RIN
m01=f
donde R = cte.
Adems 021
121 44,444,4 IRfN
jfNjEE m -=-== f
021
21 44,4 IRfN
jEE =-=-
La expresin R
fN 2144,4 tiene forma de reactancia.
Por lo que podemos considerar que 21 EE -=- es igual a la cada de tensin que la
corriente I0 produce en una reactancia R
fNX
21
0 44,4= denominada de vaco o excitacin,
que ser inductiva ya que la cada de tensin adelanta 90 a la corriente I0.
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Tensin de cortocircuito
Se llama tensin de cortocircuito Ucc a la tensin necesaria para alimentar un transformador para que suministre la corriente nominal secundaria con el secundario en cortocircuito.
El circuito equivalente de un transformador en cortocircuito es el que se indica en la
figura:
Circuito equivalente simplificado de un transformador monofsico en cortocircuito.
Por lo tanto la tensin de cortocircuito vale: 11 IXccIRccUcc +=
El diagrama vectorial se representa en la figura siguiente, las cadas de tensiones
ohmicas y reactivas valen:
1cos IRccccUccUXcc == j
1IXccccsenUccUXcc == j
Diagrama vectorial del transformador monofsico
en cortocircuito.
Conociendo la Ucc y el ngulo de fase j cc podemos hallar los valores de Rcc y Xcc
de acuerdo a la siguiente expresin:
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ccI
UccI
URccRcc jcos
11
==
ccsenI
UccI
UXccXcc j==
La ucc porcentual vara entre un 2 y 12 % referida a la tensin primaria nominal
10010011 U
IZccUUcc
ucc
==
Tambin podemos calcular las cadas de tensin de cortocircuito porcentuales con las
siguientes expresiones:
100Ui
URccuRcc=
1001U
UXccuXcc=
En el diagrama vectorial se expresan los valores de las tensiones de cortocircuito que
se representa en la figura:
Diagrama vectorial del transformador monofsico en cortocircuito, expresando los valores
porcentuales de las tensiones.
Ucc = RUcc + Uxcc
Corriente de cortocircuito
La corriente de cortocircuito de un transformador es la corriente que circula cuando el arrollamiento secundario est cortocircuitando y entre los bornes del primario existe la tensin U1.
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La corriente de cortocircuito es muy elevada y puede provocar graves averas en el
transformador por efecto trmico y electrodinmico.
Un cortocircuito externo al transformador al cual est conectado a una red de potencia
infinita, es decir que puede suministrar cualquier intensidad, a una tensin constante
siempre.
Como lo demuestra la figura anterior, cuando se produce un cortocircuito los nicos
factores que se oponen al paso de la corriente son la resistencia y reactancia Rcc y Xcc
respectivamente.
La resistencia y reactancia de cortocircuito son constantes, por lo cual la impedancia
de cortocircuito Zcc tambin ser constante.
IUcc
Zcc=
y la nueva condicin es:
11
IccU
Zcc=
por lo tanto valdr:
11
1 IccU
IUcc
=
de donde
11
1 IUccU
Icc =
Recordemos que:
1001U
Uccucc=
de donde 100
1UUccUcc =
Sustituyendo en la expresin anterior:
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1
1001
11 I
Uucc
UIcc =
con lo cual nos queda
1100
1 Iucc
Icc =
Esta es la corriente de cortocircuito Icc1 en el primario; para hallar la Icc2 en el
secundario solamente hay que cambiar I1 por I2 y multiplicar Icc1 por la relacin de
transformacin (a). En uno y otro caso se tendr:
2100
2 IUcc
Icc =
aIccIcc = 12
Podemos observar que si ucc = 2 % la Icc vale 50 veces la intensidad nominal y
cuanto mayor es ucc, menor ser el valor de Icc. Por tal motivo la corriente de cortocircuito
en grandes transformadores se limita aumentando el valor de la tensin de cortocircuito
ucc. Este valor no debe ser muy elevado porque la cada de tensin a plena ser tambin
ms elevada, por lo que se debe obtener un valor de ucc, de forma que se obtenga una
intensidad de cortocircuito con la misma cada de tensin y el mnimo coste de fabricacin.
La corriente de choque Ich es la que se establece en el momento de producirse el
cortocircuito y va disminuyndose hasta alcanzar el valor de Icc y puede alcanzar valores
de:
Ich = 1,8 . Icc La corriente de choque produce grandes esfuerzos electrodinmicos que pueden
provocar la destruccin del transformador, la corriente permanente de cortocircuito origina
calentamientos en los conductores y aislamientos produciendo la fusin entre ellos.
Ensayo en vaco
Por medio de este ensayo podemos calcular los distintos parmetros de que se
componen el transformador, Cos 000 ,, XRj .
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Para realizar este ensayo, el secundario del transformador se debe encontrar abierto y
en el primario se conecta un wattmetro, un ampermetro y un voltmetro.
Con estos instrumentos medimos:
Po = potencia consumida en vaco.
Io = corriente consumida en vaco.
Como Ro representa la resistencia en que se disipa la potencia de vaco tendremos
que:
oIonVRoIoPo jcos1 ==
por lo tanto IoPo
Ro=
Tambin podemos calcular el IonV
Poo
=
1cosj
Donde oj tendr un valor dado en grado que es el necesario para obtener la Tg oj ,
para luego calcular la reactancia de dispersin
oTgRoXo j,=
Se puede llegar a calcular la Ife, mI
GonVIfe = 1 BonVI = 1m
donde:
22 XoRoRo
Go+
= 22 XoRo
RoBo
+=
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Ensayo en cortocircuito
El ensayo consiste en cortocircuitar el arrollamiento de baja tensin y aplicar una
tensin reducida al primario para que circule la corriente nominal.
Al ser la tensin baja, la induccin B tambin va a ser pequea con lo cual las
prdidas en el FE sern despreciables. Las normas establecen que estas prdidas se
consideran despreciables cuando la tensin aplicada sea menor del 15 % de la tensin
nominal, cuando esto sucede la potencia medida por el vatmetro se debe al efecto JOULE.
Conexin de instrumentos para el ensayo:
Con los instrumentos conectados medimos:
Pct: potencia medida a temperatura ambiente.
I1n : corriente medida a temperatura ambiente.
Ve : tensin reducida de ensayo.
Con estos datos podemos calcular:
IoPct
etR =1
nIVePct
cc1
cos
=j luego hallamos los grados para calcular la ccTgj y obtenemos:
ccTgetReX j= 11 eX1 no depende de la temperatura.
Sabemos que
Rstt
Rs
Rptt
Rp
+
=
+
=
5,2345,309
75
5,2345,309
75
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tenemos que ( ) PjtRstRatnI =+21
Pjtt
Pj +
=5,234
5,30975
Las prdidas por dispersin valdrn
nIPcc
tPdt
tPcc
tPdtPd
PdtPjtPct
175
75Re
5,3095,234
5,2345,309
75
5,3095,234
75
=
++
+=
+=
+=
Rendimiento
El rendimiento de un transformador viene definido por:
PpPP
PaP
absorbidaPotenciacedidaPotencia
+==
--
=
h
h
El transformador es un dispositivo elctrico que tiene un rendimiento muy elevado,
debido a la ausencia de rozamientos y a la pequea reluctancia de su circuito magntico,
desprovisto de entre hierro pudiendo llegar el rendimiento a un 99%.
La potencia suministrada al primario vale:
cufe
cu
fe
PPIUIU
IRIRP
vacoenabsorbidapotenciaPP
IUP
++
=
+=
=
=
222
222
2221
0
1111
coscos
)...(
cos
jj
h
j
En la siguiente figura podemos observar los distintos porcentajes de rendimientos
para diferentes jcos
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Curvas de rendimiento y de prdidas de un transformador monofsico para diferentes valores del
factor de potencia.
Cuando las prdidas en el hierro es igual a las prdidas en el cobre el rendimiento es mximo.
Calentamiento
La capacidad de carga de un transformador est limitada por la mxima temperatura
admisible en el interior de los arrollamientos y en el fluido refrigerante (aceite askarel, etc.)
Un valor excesivo de la temperatura de los arrollamientos provoca la carbonizacin lenta de
los aislamientos en contacto con el cobre; por otra parte, el aceite calentado mucho tiempo
por encima de ciertos limites, se descompone formando sobre los arrollamientos depsitos
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de reaccin cida, que impiden la evacuacin del calor y elevan extraordinariamente la
temperatura del transformador.
Hay normas que establecen los calentamientos admisibles en los arrollamientos y en
los fluidos refrigerantes.
El calentamiento medio en cualquiera de los arrollamientos medido por variacin de
resistencia no debe exceder de 75 C y el aceite medido directamente en el punto de mayor
temperatura del mismo no debe exceder de 65-70 C.
La variacin de resistencia consiste en determinar primero la resistencia en fro a la
temperatura ambiente y antes de realizar el ensayo Ri, luego la resistencia al terminar el
ensayo Rf. De ambas medidas tenemos que la elevacin de temperatura tD se determina
por la siguiente expresin:
( ) ( )TiTfTiRi
RRft --+
-=D 235
Ti: temperatura ambiente.
Tf: temperatura ambiente final.
Regulacin natural de tensin
Si se ajusta el transformador de tal modo que para corriente secundaria nominal se
ajusta el cos j 0,8, la tensin secundaria es la nominal. Si se desconect la carga, la
tensin secundaria sube a V2-0 (fem de vaco).
Regulacin natural de tensin = 10002202
-
---V
nVV
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Funcionamiento de transformadores en paralelo
Dos o ms transformadores estn conectados en paralelos cuando lo estn sus
arrollamientos primarios por una parte y los secundarios por otra.
Comprobacin de la posibilidad del acoplamiento en paralelo de dos transformadores monofsicos.
Forma de efectuar la conexin
Para conectar en paralelo dos o ms transformadores, la conexin debe efectuarse
de la siguiente manera: supongamos que tenemos el transformador I en servicio y se
desea conectar el transformador II, para realizar la conexin es necesario conocer
los bornes homlogos. Si no se conocen los bornes homlogos se comprueba el
acoplamiento en paralelo de la siguiente manera, segn la anterior figura; se conecta
el terminal a II con la fase r y comprobar si el voltmetro marca tensin nula, en
cuyo caso puede efectuarse el acoplamiento en paralelo. En el caso que el
voltmetro no indique tensin nula, basta con permutar los dos conductores
primarios o los dos secundarios y el acoplamiento ya se puede realizar sin problema.
Prof. Ing. Zanini, Jose Luis - Pgina 48 de 144
Motivos que hacen necesario el funcionamiento de tr ansformadores en paralelos
a) Necesidad de incrementar la potencia de una o varias unidades que se
encuentran en servicio, debido a una mayor demanda de carga.
b) Continuidad y seguridad del servicio. Al haber dos o mas transformadores
operando en paralelo permite mantener el suministro de energa, an cuando
haya que retirar de servicio una unidad para realizar mantenimiento.
El principal problema que se presenta cuando dos o mas transformadores funcionan en paralelo es determinar la distribucin de la carga total, sobre las distintas unidades, as como determinar la carga mxima en KVA que puedan suministrar un conjunto de transformadores en base a sus respectivas potencias nominales.
Determinacin de los bornes homlogos de un transfo rmador
Para determinar los bornes homlogos de un transformador, de debe puentear un
conductor de entrada al primario con un conductor del bobinado secundario, segn se puede
ver en la figura siguiente, y entre los bornes restantes se intercala un voltmetro, si la
indicacin en el instrumento es menor que la mayor tensin del bobinado primario, los
bornes donde est conectado el voltmetro son homlogos; caso contrario cuando ste
indique una tensin superior a la mayor admitida por el bobinado primario, los bornes son
antihomlogos.
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En el esquema, si alimentamos el primario con 220 v si el instrumento est conectado
en los bornes homlogos, ste va a indicar una tensin menor de 220 V. Caso contrario la
medicin va a resultar mayor a los 220 V.
Autotransformadores Definicin : Al igual que los transformadores es un dispositivo elctrico sin partes en
movimientos, cuya misin es transformar energa elctrica de un circuito, en energa
elctrica a otro circuito a la misma frecuencia y con intensidad y tensin diferentes.
La transferencia de energa se realiza de dos formas: una electromagntica y otra
elctrica, ya que los arrollamientos adems de estar vinculados magnticamente, estn
tambin conectados elctricamente.
Concepcin: un autotransformador est constituido por ncleo de chapa de acero laminado
sobre el que estn colocados dos arrollamientos conectados en serie, tal como lo muestra la
sig. figura.
El arrollamiento de extremo a-b1 tiene N1 espiras, y se lo designa como arrollamiento
serie, mientras que el otro arrollamiento cuyos extremos son b2-c, tiene N2 espiras y se lo
llama comn. Los extremos antihomlogos de los arrollamientos b1 y b2 se conectan por un
puente b.
Si aplicamos un tensin Vac entre los puntos a-c aparece entre los bornes b y c una
tensin Vbc menor que Vac.
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Relacin de tensin en un autotransformador reducto r en vaco
Al aplicar una tensin Vac entre los bornes a-c circular una corriente de vaco I0 que
crear una Fmm que originar un flujo maxf . Este flujo inducir en las N1 espiras del
arrollamiento serie, una f.c.e.m que estar dada por:
aboba VNfE == 1max44,4 f (1)
Para el arrollamiento comn N2 espiras la f.c.e.m ser: bcocb VNfE == 2max44,4 f (2)
ya que bcoaboac VVV += (3) Llevando 1 y 2 a 3 nos queda:
( ) cacbbaac ENNfEEV =+=+= 21max44,4 f (4) Eca = f.c.e.m primaria
La relacin de transformacin de un autotransformador est dada por el cociente entre
la f.c.e.m primaria y del arrollamiento comn, resulta teniendo en cuenta 4 y 2.
( )1
max44,4max44,4
2
1
2
21+=
-+
==NN
nfNNf
EE
acb
ca
ff
(5)
Si llamamos 2
11
NN
a = la ecuacin (5) nos queda de la siguiente forma:
11 += aa (6)
Relacin entre las corrientes en un autotransformad or reductor en carga
Si conectamos una carga entre los bornes b y c del arrollamiento comn, debido a la
f.e.m Ecb del arrollamiento comn circular una corriente Icb originando una fmm, que
tendera a alterar el estado magntico del ncleo; sin embargo y suponiendo que la tensin
aplicada Vac es constante, la f.c.e.m Eca resultar constante y por lo tanto el maxf debe
tambin serlo.
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Por lo tanto la fmm originada en el arrollamiento comn disminuida por una fmm
creada por el arrollamiento serie debido a la corriente Iab, es decir:
12 NINI abcb = (7)
El valor de la corriente I2 se obtiene aplicando la ley de Kirchoff en el punto b
cbab III +=2 (8)
De la formula (7) podemos despejar Icb
2
1
NN
II abcb = (9)
Llevando 9 a 8 nos queda:
+=+=
2
1
2
12 1 N
NI
NN
III ababab (10)
recordando que 2
11NN
a +=
aII ab =2 o aI
Iab2
= (11)
Ventajas e inconvenientes de un autotransformador Ventajas:
1. Menor tamao.
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2. Menor coste.
3. Mayor rendimiento.
4. Menor corriente magnetizante.
5. Mejor factor de potencia.
6. Mejor regulacin de tensin.
Inconvenientes:
1. Conexin elctrica entre los circuitos de alta y baja tensin.
2. Mas elevada corriente de cortocircuito.
SI BIEN INTERESANTE EN EL ASPECTO ECONMICO, ESTE APARATO PRESENTA CIERTOS PELIGROS...
Cuando funciona como reductor, el circuito secundario corre el riesgo de tomar el potencial de la fase primaria, ya sea despus de una inversin de los conductores de alimentacin (fase en lugar de neutro) o an en el caso de corte del neutro. El mismo inconveniente se presenta si el primario est conectado entre dos conductores de fase.
EXPERIENCIAS
CONEXIN CORRECTA
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Transformadores Trifsicos
Ncleos: existen dos tipos a- acorazado b- de columna
a) Acorazado
El transformador trifsico acorazado puede pensarse como tres transformadores
monofsicos acorazados vinculados por las culatas. Supongamos que el transformador
funciona con tensiones senoidales equilibradas; los flujos en los ncleos sern senoidales y
se representan por CBA fff ;; .
Si los tres devanados tienen un sentido tal que producen los flujos con los sentidos
indicados por las flechas, podemos notar que los tres devanados estn bobinados con igual
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sentido por lo tanto el flujo en el rea indicada ser de f23
. Ahora si el arrollamiento de
la columna central se bobina al revs, el flujo en la seccin indicada valdr 2f o sea
31
veces menor que el flujo en el primer caso. Por lo tanto si todas las partes del ncleo han de
trabajar a la misma induccin, el rea en las secciones indicadas al invertir el segundo
bobinado ser 58,03
1= veces al rea si los tres arrollamientos tienen igual sentido.
b) Columna:
Proceso deductivo de un transformador trifsico de columnas con culatas en estrella.
Con esta disposicin las culatas estn magnticamente conectadas en estrellas.
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En la figura anterior tenemos tres transformadores monofsicos independientes con
los ncleos de un lado situados prximos entre s. Si los primarios se conectan a un sistema
trifsico por cada ncleo central circular el flujo magntico que corresponde a una fase.
Si unimos los tres ncleos centrales en uno solo por el ncleo comn as dispuestos
pasar el flujo resultante de la suma de los tres flujos; ahora bien la suma de tres flujos
alternos desfasados 120 es nula, es decir que por este ncleo central no pasar flujo
magntico.
Por lo tanto la columna central se puede anular quedando formado un circuito
magntico, como muestra la pasada figura, el flujo magntico de cada columna activa
retorna por las otras dos, en lugar de cerrarse por el ncleo central suprimido.
Finalmente, se alinean dos de las culatas y se suprime la tercera con lo que se
consigue un ligero desequilibrio en la composicin de flujos y por lo tanto en la corriente
magnetizante de los tres flujos, pero a cambio se consigue una disposicin constructiva ms
sencilla.
En la prxima figura podemos ver tres momentos distintos de la distribucin del flujo.
En la figura a) flujo mximo positivo en la primera fase, luego tenemos flujo nulo en la
segunda fase (figura b) y flujo negativo mximo en la tercera fase (figura c).
Fig.: Distribucin de flujos magnticos en un transformador trifsico de columnas con culatas en
estrella para tres momentos distintos.
Algunas caractersticas de este sistema son:
1) Los terceros armnicos de flujos no pueden circular ya que por tener
frecuencia triple de la principal estn desfasados entre s de 3 x 120 = 360
como al llegar al centro de la estrella no puede cerrarse por el hierro por falta
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del ncleo central cerrndose por el aire quedando nulo. Esta anulacin de los
terceros armnicos produce la FEM senoidal por ser senoidal el flujo
magntico.
2) Existe ms economa de material respecto a tres transformadores monofsicos,
ya que se suprime el ncleo central. Esta economa de hierro trae una
disminucin de las prdidas de vaco.
3) Debido al espacio, la cantidad de lquido refrigerante es menor.
4) Permite hacer conexiones interiores en los devanados estrella, tringulo, etc.
Caractersticas nominales de los transformadores tr ifsicos
Se denomina potencial nominal a la potencia aparente en los bornes del secundario
expresada en KVA y viene expresada por:
KVAIU
Pkva1000
cos3 222 j=
Se llama tensin nominal primaria a aquella para la cual se ha calculado el
arrollamiento primario. Se indica en la placa de caracterstica anteponiendo la palabra
nominal.
La tensin secundaria nominal en la que aparece en el secundario cuando se
alimenta el primario con su tensin nominal cuando el transformador funciona en vaco.
Intensidad nominal secundaria es la intensidad plena de carga para el cual se ha
calculado el arrollamiento secundario.
Intensidad nominal primaria se obtiene multiplicando la intensidad secundaria por la
relacin entre la tensin secundaria y la primaria.
1
22 UU
II =
Relacin de transformacin en nominal, en un transformador elevador la relacin
vale:
1
2
UU
a =
y en un transformador reductor esta relacin es:
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2
1
UU
a =
La relacin siempre se indica en vaco.
Transformaciones Trifsicas
Generalidades:
En estas transformaciones resulta de gran inters la polaridad de los arrollamientos y los desfases entre primario y secundario porque en muchas ocasiones los transformadores funcionan acoplados en paralelos y esto es posible en determinadas ocasiones de desfase entre primario y secundario, depende de la polaridad de los arrollamientos.
Conexin de transformadores trifsicos
Podemos representar un transformador trifsico por tres monofsicos:
Como podemos ver, los bornes AA y aa corresponde a un transformador
monofsico; tambin se ve que A y a; B y b; C y c son bornes homlogos. Se dice que dos bornes de una fase primario y secundario son homlogos cuando
tienen la misma polaridad, es decir cuando estn igualmente situados respecto al sentido de uno y otro arrollamiento. Por ejemplo en la figura si los sentidos + de la FEM primaria + E1 y secundaria + E2 son los indicados por la flecha.; los terminales A y a son homlogos o de la misma polaridad, lo mismo sucede con los terminales A y a.
Se puede conectar un transformador trifsico de manera de obtener cuatro conexiones
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Desplazamiento angular entre la tensin primaria y secundaria Se considera entre las tensiones de lnea correspondiente a bornes identificados por la
misma letra siendo siempre un valor en grado mltiplo de 30 y comprendido entre 0 y 360.
Al valor del desplazamiento angular expresado en grado se lo divide por 30 con el objeto de determinar el ndice, resultando un nmero que se representa por i y su valor oscila entre 0 y 11. este nmero ndice se coloca a continuacin de dos letras que indica el tipo de conexin del transformador; primero se coloca la letra correspondiente al arrollamiento de alta tensin, en segundo lugar la letra del arrollamiento de baja y luego el ndice. Por ejemplo si tenemos un trasformador que el arrollamiento de alta est conectado en tringulo y el arrollamiento de baja de estrella con un ndice 11 se lo designa Dy 11.
Consideraciones para el trazado del diagrama Para el trazado del diagrama debemos fijarnos una norma: En el circuito la tensin VAB se representa: A B Indicando el sentido de los potenciales decreciente, la primera el que est cercano a la
cola de la flecha y la segunda en la punta de la misma. Para el diagrama vectorial el mismo se representa de la siguiente forma: VAB A B Porque se representa distinto la norma del circuito y del diagrama vectorial por lo
siguiente: Supongamos una conexin estrella:
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Podemos ver que la representacin vectorial en un circuito en estrella las flechas
quedaran en las uniones de los vectores, por tal motivo vamos a representarla de sentido contrario.
Adems debe tomarse un sentido de fase, sentido antihorario ABC.
Acoplamiento en paralelo de transformadores Conceptos generales:
Cuando la potencia que ha de suministrar un transformador alcanza el lmite de su potencia nominal, una ampliacin de la instalacin entraa el acoplamiento en paralelo de un nuevo transformador con el transformador ya existente
Los transformadores pueden acoplarse en paralelo solamente por sus secundarios (fig. a), solamente por sus primarios (fig. b) o por los primarios y secundarios simultneamente (fig. c); este ltimo caso es el ms frecuente.
Acoplamiento en paralelo de transformadores por sus secundarios.
Acoplamiento en paralelo de transformadores por sus primarios.
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Acoplamiento en paralelo de transformadores por sus primarios y por sus secundarios.
En las instalaciones de distribucin de las centrales elctricas y en las estaciones
transformadoras es muy corriente encontrar transformadores que funcionan acoplados en paralelo. De esta forma, cuando la carga es pequea, se puede desconectar una parte de la instalacin quedando solamente en funcionamiento los transformadores necesarios para cubrir las necesidades de la demanda, es decir aproximadamente a plena carga por lo que el servicio se realiza a buen rendimiento. En caso de avera, se desacopla el transformador averiado y los restantes transformadores pueden seguir en funcionamiento. Finalmente, el acoplamiento en paralelo de varios transformadores permite disponer de unidades de reserva de potencia menor que, naturalmente, resultan ms econmicas.
Acoplamiento en paralelo de transformadores por sus secundarios sobre las barras generales de
una central.
Cuando la instalacin lo permite, como sucede en las centrales elctricas, el
acoplamiento en paralelo se realiza sobre las barras generales de l central, acoplndose los primarios a los alternadores y los secundarios a las citadas barras generales. De esta forma se obtienen dos impedancias en serie, la del transformador y la del alternador, resultando una impedancia mayor que limita las posibles corrientes de cortocircuito.
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Esquema equivalente de la figura anterior.
El funcionamiento en paralelo de los transformadores puede efectuarse de dos formas
diferentes: a)- Elctricamente prximos; es decir cuando los transformadores se encuentran en
el mismo lugar (central, estacin transformadora, etc.), conectados a las mismas barras colectoras. En estos casos, las impedancias existentes entre los transformadores, correspondientes a las lneas, son despreciables.
b)- Elctricamente distanciados; o sea cuando los transformadores trabajan en paralelo sobre redes elctricas, en cuyo caso esmontados en sitios diferentes, a veces muy distanciados entre s. En estos casos, deben tenerse en cuenta las impedancias de las lneas que unen estos transformadores.
Condiciones para el acoplamiento en paralelo de tra nsformadores El acoplamiento en paralelo de los transformadores solamente es posible si se
cumplen ciertas condiciones previas, de las cuales unas corresponden a las caractersticas generales de las lneas que han de conectarse y otras a las caractersticas de funcionamiento de los transformadores que deben acoplarse.
Estas condiciones son:
1. Igual frecuencia en las redes a acoplar.
2. Los desfases secundarios respecto al primario han de ser iguales para los
transformadores que hayan de acoplarse en paralelo.
3. El mismo sentido de rotacin de las fases secundarias.
4. Iguales relaciones de transformacin en vaco referidas a las tensiones de
lnea.
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5. Iguales tensiones porcentuales de cortocircuito siendo preferible, adems que
tambin sean iguales las respectivas componentes, es decir las cadas ohmicas
de tensin porcentuales y las cadas de tensin por reactancia porcentuales.
6. La relacin de potencias nominales de transformadores destinados a trabajar
en paralelo no debe ser mayor de 3 : 1.
De estas condiciones la primera es una caracterstica de las redes a acoplar. Las
condiciones segunda y tercera son eliminatorias, es decir que el acoplamiento en paralelo resulta imposible si estas condiciones no se cumplen. Las tres ltimas son necesarias son necesarias para el buen servicio de la instalacin y admiten ciertas tolerancias que examinaremos al estudiar con detalle las condiciones indicadas anteriormente.
Primera condicin: Igual frecuencia en las redes a acoplar
Es muy fcil comprender que la frecuencia ha de ser rigurosamente la misma para
todos los transformadores acoplados en paralelo. No es posible conectar circuitos senoidales de diferente frecuencia, pues las resultantes (tensiones y corrientes), seran la suma de componentes senoidales de distinta frecuencia y, por lo tanto, ya no seran senoidales introduciendo deformaciones inadmisibles en las ondas de tensiones y corrientes. Segunda condicin: Iguales desfases secundarios respecto al primario
Una de las condiciones determinantes que han de cumplir los transformadores para un
correcto funcionamiento en paralelo es que los ngulos de desfase entre las fuerzas electromotrices primaria y secundaria sea el mismo para todos los transformadores. Esta condicin se cumple siempre si todos los transformadores tienen el mismo ndice de conexin, ya que cada ndice de conexin corresponde a un mismo ngulo de desfase entre el primario y secundario.
Examinemos nuevamente los transformadores D d 0 y Y y 0 de la figura que sigue; pueden acoplarse en paralelo, sin inconveniente, siempre que se cumplan las restantes condiciones.
Acoplamiento correcto en paralelo de un transformador en conexin D d 0 y otro transformador en
conexin Y y 0.
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Acoplamiento incorrecto en paralelo de un transformador en conexin Y y 0 y otro en conexin Y y 6
Pero los transformadores Y y 0 e Y y 6 de la anterior figura, no pueden acoplarse en
paralelo porque pertenecen a distintos ndices de conexin y, por lo tanto, sus desfases entre primario y secundario son distintos: efectivamente, al conectar los conductores secundarios homlogos existira entre ellos una diferencia de potencial igual al doble de la tensin nominal y ya sabemos que solamente se pueden unir circuitos en paralelo cuando estn a la misma diferencia de potencial, pues de lo contrario, se establecen corrientes compensadoras inadmisibles.
Diagramas vectoriales de un transformador en conexin Y y 0 de un transformador en conexin Y y
6.
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Se han elegido los dos ejemplos Dd0 Yy0 (acoplamiento posible), e Yyo Yy6 (acoplamiento imposible), para que el lector pueda comprender que el acoplamiento en paralelo de transformadores no depende del tipo de conexin (estrella, tringulo, etc.) sino esencialmente del ndice de conexin de los transformadores a acoplar.
Por lo tanto y resumiendo, se pueden acoplar en paralelo entre s los siguientes transformadores:
1. Todos los grupos de conexin cuyo ndice horario o de conexin sea 0,
desfase de 0.
2. Todos los grupos de conexin cuyo ndice horario o de conexin sea 5,
desfase de 150.
3. Todos los grupos cuyo ndice de conexin sea 6, desfases de 180.
4. Todos los grupos cuyo ndice de conexin sea 11, desfase de 330.
Sin embargo y modificando las conexiones interiores o exteriores es posible acoplar
en paralelo transformadores de distinto ndice de conexin teniendo en cuenta lo siguiente: 1. De ninguna manera se pueden acoplar transformadores de ndice 0 y 5.
2. no se pueden acoplar transformadores cuyos ndices sean 0 y 11.
3. Los transformadores de ndice 6 no pueden acoplarse con los 5.
4. Tampoco se pueden acoplar en paralelo transformadores cuyo ndice sea 6 y
11.
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Posibilidad del acoplamiento en paralelo de un transformador en conexin Y y o, con otro transformador en conexin Y y 6 por inversin de las conexiones internas del secundario del
segundo transformador.
5. Es posible acoplar transformadores cuyo ndice de conexin es 0 con uno de ndice 6 que tiene un desfase de 180, invirtiendo las conexiones internas del primario o secundario de uno de ellos.
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Posibilidad del acoplamiento en paralelo de un transformador en conexin Y d 5, con otro en
conexin Y d 11 por permutacin de dos terminales primarios y dos terminales secundarios del
segundo transformador.
6. Es posible el acoplamiento de los transformadores de ndice 5 con uno de ndice 11, cuyo desfase es de 180, invirtiendo la conexin exterior de los arrollamientos primario y secundario de uno de los grupos.
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MOTORES ELCTRICOS POLIFASICOS DE CORRIENTE ALTERNA
GENERALIDADES Y TIPOS DE MOTORES ELECTRICOS
Se denomina motor elctrico a toda mquina capaz de transformar la energa elctrica
en energa mecnica. Por lo general todo motor elctrico est formado por tres partes
principales, a saber:
Carcasa
Esttor (llamado inductor en los motores de corriente continua)
Rotor (llamado inducido en los motores de corriente continua)
Motor elctrico seccionado
La carcasa o envolvente, es la parte externa de los motores y puede estar construida
en acero, hierro fundido, o cualquier otra aleacin metlica, como pueden ser las de
aluminio y silicio.
El esttor, es la parte que est fija a la carcasa. Est formada por empilado de chapas
magnticas y sobre ella est alojado el bobinado fijo, llamado tambin bobinado estatrico.
El rotor es la parte que gira y sobre la cual est fijo el eje de salida del motor. Est
tambin constituido por empilado de chapas magnticas y contiene el bobinado mvil,
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llamado bobinado rotrico.
Tipos de motores elctricos
Existen muchos tipos de motores elctricos, y an tendrn que aparecer mas en el
mercado, a medida que la tecnologa elctrica siga avanzando. Los ms empleados hoy en
da podemos clasificarlos en los tipos siguientes:
Segn la clase de corriente empleada, pueden ser:
a) Motores de corriente alterna
b) Motores de corriente continua
c) Motores universales. Pueden funcionar con corriente alterna y continua. Su
velocidad es muy variable.
a)Motores de corriente alterna. Pueden clasificarse:
1) Segn la velocidad de giro, en:
Motores sncronos. Si la velocidad del rotor y del campo magntico del estator es
la misma.
Motor sncrono trifsico
Motor asncrono sincronizado
Motor con rotor de imn permanente
Motores asncronos. Si la velocidad del rotor es inferior a la del campo magntico
del esttor.
2)Segn el tipo de rotor, pueden ser:
Motores con rotor bobinado o de anillos rozantes
Motores con rotor en jaula de ardilla
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Motores con colector. Como es el caso de los universales
3)Segn el nmero de fases de alimentacin, pueden ser:
Motores monofsicos (una sola fase)
Motor con bobinado auxiliar de arranque
Motor con bobinado auxiliar de arranque y condensador
Motores bifsicos (dos fases)
Motores trifsicos (tres fases)
Sncronos
Asncronos
Asncrono sincronizado
b)Motores de corriente continua. Segn sea el tipo de conexin existente, entre el
bobinado inductor y el bobinado inducido, podemos clasificarlos en:
Motor de excitacin en serie
Motor de excitacin en paralelo
Motor de excitacin compuesta (motor Compound)
El motor mas empleado industrialmente es el asncrono trifsico de induccin, con
rotor en jaula de ardilla; y domsticamente los ms empleados, en los electrodomsticos,
son los universales, accionados por corriente alterna, y los monofsicos con fase auxiliar de
arranque.
Los motores sncronos, se suelen emplear en grandes mquinas, cuando la carga es
muy variable y se requiere una velocidad muy constante. Por su parte los motores de
corriente continua, se emplean mucho en locomocin, montacargas y, en general, en
cualquier mquina grande o pequea donde se requiera una variacin de velocidad muy
precisa.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASNCRONO
El principio de funcionamiento de los motores asncronos se fundamenta en
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la produccin de un campo magntico giratorio. Consideremos que el imn de la figura
siguiente, con sus polos N-S puede girar sobre el eje X~Y, y que un disco de cobre o
aluminio, que se halla sometido al campo magntico del imn, tambin puede girar sobre el
mismo eje, tal como vemos en la figura.
Principio motor asncrono
Entonces tenemos que si giramos el imn, su campo magntico gira igualmente,
barriendo el disco prximo a l, con lo cual el campo, que ahora es variable, es la causa de
que segn los principios de la induccin magntica, aparezcan en el disco unas corrientes
inducidas. Estas corrientes reaccionan dando lugar a una fuerza magnetomotriz, con un par
motor suficiente como para vencer el par resistente del eje y originar la rotacin del disco.
Segn la ley de Lenz, el sentido de rotacin del disco tender a oponerse a la
variacin del campo magntico que dio origen a las f.e.m inducidas, o sea el campo
magntico del imn. El disco, por tanto, girar en el mismo sentido que el campo giratorio
del imn, pero con una velocidad algo menor (la diferencia entre ambas velocidades se
llama deslizamiento), lo que significa en realidad un sentido de giro relativo contrario al del
imn.
Si el disco girase a la misma velocidad que el imn, no cortara lneas de campo
magntico; por tanto, no se originaran en l corrientes inducidas y, como consecuencia,
tampoco se originara un par de giro.
Como la velocidad del disco es inferior a la del campo magntico, este tipo de motor
se denomina asncrono, o sea que la velocidad del rotor o parte que gira, no es igual a la
velocidad de giro del campo magntico; en otras palabras, que ambas velocidades no estn
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en sincronismo.
CONSTITUCION DEL MOTOR ASNCRONO DE INDUCCIN
En la figura siguiente vemos mejor la constitucin y el principio de funcionamiento de
los motores de induccin asncronos. Se trata de un motor bipolar, cuyo campo
magntico es giratorio, o sea que sus polos estn cambiando constantemente de norte a
sur. El campo magntico giratorio puede estar producido por corrientes alternas bifsicas
o trifsicas, como ya veremos mas adelante.
Motor de induccin bipolar
Dentro del campo magntico del esttor, se halla el rotor, que es un cilindro de chapas
magnticas que puede girar libremente sobre un eje; este cilindro est atravesado por
barras de cobre o aluminio unidas por sus extremos, dando as lugar a un nmero
determinado de espiras formado entre cada dos barras consecutivas del rotor.
El campo magntico giratorio, producido por el esttor o parte fija del motor, corta las
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barras del rotor y engendra en ellas fuerzas electromotrices inducidas, que a su vez
originan la circulacin de corrientes elctricas por las barras del rotor (su sentido est
representado por puntos, cuando salen, y cruces cuando entran). Puesto que las barra
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