Máquinas Eléctricas Estáticas

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS
TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES ELÉCTRICOS
ALUMNO: CUEVA FLORES EDUARDO
PROFESOR: ING. WALTER CALDERON CRUZ
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2. Contenido
• Introducción
• Transformadores de dos devanados
• Construcción de los transformadores
• Principios de los transformadores
• Transformadores bajo carga
• Circuito equivalente de los transformadores
• Determinación de los parámetros
• Regulación de voltaje
• Eficiencia

3. Introducción
• Conjunto de bobinas
acopladas por un campo
magnético que fluye en un
núcleo de hierro.
• Se utilizan para
1. Cambiar los valores de
voltaje y corriente entre un
circuito y otro.
2. Aislar eléctricamente un
circuito de otro
3. Adaptar impedancias entre la
salida de un circuito y la
entrada de otro.
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4. Transformador de dos devanados
• Un transformador tiene al menos
dos bobinas.
• La bobina a la cual se conecta la
fuente se le llama primario.
• La bobina a la cual se conecta la
carga se le conoce secundario.
• El voltaje V1 conectado al
primario genera el flujo
magnético que circula en el
núcleo.
• Este flujo magnético corta las
espiras del secundario y genera
un voltaje V2 en este.
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5. Construcción de los transformadores
• Los devanados primarios y
secundarios se pueden enrollar en
lados opuestos del núcleo como la
figura de arriba. Esta configuración
recibe el nombre de core.
• Otra forma enrollar los devanados
es en forma concéntrica. El
secundario se enrolla encima del
primario. Esta configuración recibe
el nombre de shell y tiene la ventaja
sobre la primera que tiene menos
“leake flux” , que como se verá mas
adelante reduce la inductancia en
serie y por tanto mejora la
regulación de voltaje.
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6. Construcción del núcleo laminado
• Al igual que en los motores el núcleo
de los transformadores esta compuesto
de laminas de hierro pegadas un
material aislante para reducir la
corriente de eddy. El ancho aproximado
de estas placas se encuentra entre 10 y
25 milésimas de pulgada.
• Además las laminas contienen un 3%
de silicón la cual reduce su histéresis.
• Los laminas de los transformadores
tipos core estan compuesto de una
sección u y una I.
• Las láminas de los transformadores tipo
shell estan compuestos por una sección
tipo E y otro sección tipo I.
• En ambos casos las secciones se van
alternando para reducir posibles airgap
producidos en la juntura.
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7. Principios del transformador
• Cuando aplicamos una fuente Vp al
devanado del primario y dejamos el
secundario abierto, se producirá un flujo en
el núcleo. Este flujo es sinusoidal igual al
voltaje pero se encuentra atrasado 90 grados
con respecto a este. Este flujo requiere una
corriente Im de la fuente llamada corriente
de magnetización.
• Además debido a las perdidas en el núcleo
(las cuales son proporcionales al flujo) se
requiere una corriente Ic que esta en fase con
Vp.
• La corriente total del transformador sin carga
es Io la cual es una suma vectorial de estas
dos corrientes.
• Este flujo producido recorre el núcleo y hace
que este corte las espiras del secundario
produciendo así un voltaje en fase con el
voltaje del primario.
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Debido a la salturacion del nucleo
y a sus dos componentes 90
grados fuera de fase la corriente
del primario sin carga toma una
forma como la figura de arriba

8. Relación de transformación (voltajes)
mss
mpp
fNE
fNE
φ
φ
44.4
44.4
=
=
• El voltaje rms producido en cada
devanado por la ley de inducción de
Faraday equivale a
• Por lo tanto podemos sacar una relación
entre el voltaje primario y secundario:
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s
p
s
p
E
E
a
N
N
==
mss
mpp
fNE
fNE
φ
φ
44.4
44.4
=
=

9. Relación de transformación (Corriente)
sspp
outin
IVIV
PP
=
=
• Un transformador ideal sin perdidas la
potencia del primario y la del
secundario son iguales por lo tanto
• De aquí podemos sacar una relación
para la corriente
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p
s
s
p
I
I
a
N
N
==
sspp
outin
IVIV
PP
=
=

10. Tipo de transformadores según su
relación
• Los transformadores donde A>1
el voltaje del primario es mayor
que el secundario consideran
reductores ( StepDown
transformer ).
• Los transformadores donde A <1
el voltaje en el secundario es
mayor que el primario y se
considera elevadores (step-up
transformer)
• Los transformadores donde el
voltaje primario es igual al
secundario a=1 y se utilizan solo
como aislamiento eléctrico entre un
circuito y el otro (Isolation
transformer).
• La relación de transformación es
fija ya que depende del numero de
vuelta de ambos devanados pero la
relación entre los valores reales de
voltaje en el primario y secundario
podría variar debido a las perdidas
dentro de el.
• Algunas veces el fabricante
proporciona esa relación real entre
voltajes.
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11. Relación de las impedancia
LZa
I
V
a
aI
aV
I
V
Zin 2
2
22
2
2
1
1
/
====
• Para una fuente que se
encuentre en el primario
sentirá una impedancia ZL
en el secundario como si
fuera de otro valor Zin
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• Por eso el transformador se
considera una adaptador de
impedancia y es utilizado en
circuitos de comunicación y
amplificadores para garantizar la
máxima transferencia de energía.

12. Transformador bajo carga
• Cuando conectamos carga en
el secundario fluye una
corriente Is que tiende a
reducir el flujo en el núcleo.
Esto provoca una corriente
Ip’ en el primario que tiende
a restaurar el flujo.
• La corriente resultante en el
primario Ip es la suma
vectorial de Ip’ e Io.
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13. Circuito equivalente
•Las inductancias en serie y la resistencia de cada
embobinados aparecen en serie con cada embobinado.
Las pérdidas en el núcleo y la corriente de
magnetización, se representan con una resistencia y
una bobina en paralelo.
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14. Simplificación del diagrama equivalente
• La resistencia del secundario y del
primario se pueden referir al
primario dividiendo por el a2
• Luego se pueden sumar para
obtener un diagrama simplificado
del transformador.
• Otra manera de hacerlo es
refiriendo los parámetros del
primario en el secundario como lo
muestra la grafica ( c ) en ambas
maneras se obtiene el mismo
resultados.
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15. Determinación de los parámetros (1
paralelos)
• Prueba de circuito abierto.
• Se coloca un vatímetro en el
primario y se aplica voltaje a este
con el secundario desconectado.
• La potencia consumida por el
vatímetro equivalen a las perdidas
en el núcleo.
• Los voltios _ amperes obtenidos
con el voltímetro y el amperímetro
se utilizan para encontrar la
potencia reactiva en el primario que
se utiliza para encontrar la
inductancia de magnetización.
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16. Determinación de los parámetros (2 series )
• Prueba de corto circuito.
• Se cortocircuita el secundario y se
aplica voltaje en el primario hasta
que circule la corriente nominal en
el secundario.
• La potencia indicada en el
vatímetro equivale a las perdidas en
la resistencias del embobinado. r1
y r2
• La potencia aparente que se obtiene
multiplicando la lectura del
amperímetro y del voltímetro se
utiliza para encontrar la inductancia
correspondiente al flujo (leakage) a
través de la potencia reactiva. l1 y
l2
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17. Eficiencia del transformador
•La eficiencia es igual a la
relación entre la potencia
de entrada y la potencia
de salida.
losso
o
i
o
PP
P
P
P
+
=
=
η
η
wirecoreout
out
PPxPFKVA
xPFKVA
++
=η
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18. Clasificación de los transformadores
Por su clase
pueden ser:
•Baja Tensión: Tensiones inferiores a 1 kV que se reducen todavía más
para que se puedan emplear en la industria, el alumbrado público y el
hogar.
•Media Tensión: Son tensiones mayores de 1 kV y menores de 25 kV.
Se emplea para transportar tensiones medias desde las subestaciones
hasta las subestaciones o bancos de transformadores de baja tensión
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19. • Alta Tensión: Se emplea para
transportar altas tensiones a
grandes distancias, desde las
centrales generadoras hasta las
subestaciones de transformadores.
• Esto es la tensión de voltaje de
entrada (acometida) que soportan
en su devanado primario.
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20. Por su fabricación
pueden ser:
•HUMEDOS (enfriado por aceite):En este tipo de transformador el
circuito magnético y los arrollamientos están sumergidos en un líquido
aislante como el aceite. Este puede ser de tipo mineral, de silicona, éster o
vegetal. La elección del aceite está vinculada al tipo de instalación y a la
necesidad específica del cliente en caso de que se requiera asegurar
garantías particulares en cuanto a impacto medioambiental o seguridad en
caso de incendio.
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21. • SECOS (auto enfriados por aire): Elemento distintivo del transformador
en seco es el hecho de que el circuito magnético y los arrollamientos no
están sumergidos en un líquido aislante. Puede ser MT/BT, MT/MT, o
BT/BT con las bobinas encapsuladas o bien impregnadas en resina.
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22. Por su diseño y funcionalidad
pueden ser:
•De Potencia: Un transformador de potencia es aquel que maneja grandes
magnitudes de voltio amperios VA, los cuales se expresan en KVA [kilo
voltio amperios] o en MVA [mega voltio amperios].
•Generalmente estos transformadores están instalados en subestaciones
para la distribución de la energía eléctrica.
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23. • De Distribución: Se denomina transformadores de distribución,
generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500
kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos
como trifásicos.
• Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre
postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las
clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en
plataformas.
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