Trabajo N°1 de Circuitos Magneticos

1. República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión-Barcelona
Máquinas Eléctricas I
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
Facilitadora: Alumnos:
Ranielina Rondón Desireé Rodríguez
C.I.: 17.971.638
Barcelona, 31 de mayo de 2014.

2. ÍNDICE
pp.
Índice………………………………………………………..…………………..…...…2
Introducción…………………………………………..……….……………………… 3
Desarrollo…………………………………………………….………………….... 4-22
_Circuitos Magnético ideal con excitación constante.
_Efectos del entrehierro.
_Efectos de saturación en un circuito magnético con excitación constante.
_Circuito magnético ideal con excitación senoidal.
_Reactancia de dispersión en los circuitos magnéticos.
_Imanes permanentes.
_La fuerza atractiva y la energía del campo magnético.
_Formas de reducir las pérdidas totales en núcleos magnéticos.
Conclusión……………………………………………….…….………..……………23
Bibliografía………………………………………………………….………………..24

3. INTRODUCCIÓN
Este informe tiene como objetivo fundamental, presentar una
breve información sobre las características fundamentales de las máquinas eléctricas. En
este se hace desde una clasificación más general, hasta una más particular, y según esta
clasificación, brindar información sobre el principio de funcionamiento de estas,
parámetros característicos que deben ser conocidos para el mejor manejo y apropiada
explotación a nivel industrial de las máquinas y algunas aplicaciones más elementales.

4. DESARROLLO
CIRCUITO MAGNÉTICO IDEAL CON EXCITACIÓN CONSTANTE
La excitación o alimentación no es más que la fuente de corriente con la cual se genera
el flujo del circuito. Esta fuente de suministro puede ser de muchos tipos dependiendo
de la utilidad del dispositivo. Por lo general se utiliza corriente alterna aunque en
algunos casos también la continúa
Aun cuando la frecuencia en un sistema de potencia es sustancialmente constante, el
consumo varía y por tanto variara la tensión de secundario de un transformador de un
sistema de potencia aun cuando se mantenga constante la tensión del primario. Esta
nociva regulación de tensión está determinada principalmente por las fugas magnéticas
por otra parte las fugas magnéticas tienen un efecto beneficiosos al reducir las corrientes
excesivamente intensas debidas a cortos circuitos accidentales en los sistemas de
potencias. Estas corrientes de cortocircuito crean en los devanados grandes fuerzas
electromagnéticas y por tanto afectan al diseño mecánico de los transformadores de
sistemas de potencia.
De esta manera las fugas magnéticas introducen varios problemas importantes en los
circuitos de comunicaciones y de potencia. En el análisis de estos problemas suelen
permitirse el despreciar la corriente de excitación y las pérdidas en el núcleo y también
suelen permitirse el despreciar las resistencias de los devanados.
EFECTOS DEL ENTRE HIERRO
El entrehierro no es más que una zona donde el núcleo o camino del flujo sufre un salto
o discontinuidad que se traduce en una zona con baja permeabilidad. Se representa tal y
como se muestra en la Figura
La inserción de un entrehierro en el circuito magnético de una bobina con núcleo de
hierro altera las características de la bobina de diversas maneras.
Salvo para las bobinas sometidas a campos magnéticos continuos y alternos
superpuestos, la inserción origina una disminución de autoinducción. En cambio si la
bobina funciona en campos magnéticos alternos y continuos superpuestos, la inserción
de un pequeño entrehierro puede ocasionar un aumento de la permeabilidad incremental

5. a causa de la disminución de la componente unidireccional del flujo. El entrehierro
reduce también los efectos de las características magnéticas no lineales del núcleo. Así
pues la inserción del entrehierro hace que el coeficiente de autoinducción se haga
constante antes de las variaciones de inducción magnética, y también origina una
reducción de la distorsión por armónicos. Otro efecto de la inserción del entrehierro es
una variación del factor de calidad de la bobina.
EFECTOS DE SATURACIÓN EN UN CIRCUITO MAGNÉTICO CON
EXCITACIÓN CONSTANTE
La saturación magnética es un efecto que se observa en algunos materiales magnéticos,
y se caracteriza como el estado alcanzado cuando cualquier incremento posterior en un
campo de magnetización externo H no provoca un aumento en la magnetización del
material.
El efecto de saturación se puede observar más claramente en la curva de
magnetización (también llamada curva BH o curva de histéresis) de una sustancia, en
concreto en la región superior derecha de la curva. Mientras que el campo H se
incrementa, el campo B se aproxima a un valor máximo de manera asintótica. Este valor
al cual tiende asintóticamente el campo B es el nivel de saturación de esa sustancia.
Estrictamente hablando, por sobre el nivel de saturación, el campo B continúa
aumentando pero de manera paramagnética, la cual es tres órdenes de magnitud más
pequeña que la tasa de aumento ferromagnética observada por debajo del nivel de
saturación.2
La relación entre el campo de magnetización H y el campo magnético B también puede
expresarse en términos de permeabilidad magnética: o en términos
de permeabilidad relativa , donde es la permeabilidad magnética del
vacío. La permeabilidad de los materiales ferromagnéticos no es constante, sino que
depende de H. En los materiales saturables la permeabilidad relativa se incrementa
con H hasta un máximo, y luego mientras el material se aproxima a saturación, el efecto
se invierte y la curva decrece hasta uno.2 3
Diferentes materiales poseen diferentes niveles de saturación. Por ejemplo, las
aleaciones de hierro de alta permeabilidad utilizadas en la fabricación de núcleos de
transformadores alcanzan la saturación a valores de 1,6 a 2,2 Tesla (T),4
mientras que
los imanes de ferrita saturan a 0,2 - 0,5 T.5
Algunas aleaciones de metal amorfo saturan
a 1,2-1,3 T.6
El efecto de saturación limita los máximos campos magnéticos que se pueden conseguir
por medio de electroimanes de núcleo ferromagnético y transformadores hasta un tope
de alrededor de 2 T, lo que pone un límite en el tamaño mínimo de sus núcleos. Esta es
una de las razones del porqué los transformadores de alta potencia son tan grandes, para
no tener pérdidas de energía causadas por la saturación de sus núcleos.

6. En los circuitos electrónicos, los transformadores e inductores con núcleos
ferromagnéticos comienzan a operar de manera no lineal cuando la corriente a través de
ellos es suficientemente grande para llevar a los materiales de sus núcleos hasta la
saturación. Esto significa que su inductancia y otras propiedades varían con los cambios
en la corriente circulante. En los circuitos lineales esto es usualmente considerado como
una desviación indeseada del comportamiento ideal. Cuando se aplican señales
de corriente alterna, esta no linealidad puede causar que se
generen armónicos y distorsión por intermodulación. Para prevenir esto, lo que se hace
es diseñar los circuitos de forma que el nivel de señales aplicadas a los inductores de
núcleo de hierro se encuentren limitadas de forma tal que no se saturen. Para reducir sus
efectos, algunos tipos de núcleos ferromagnéticos de transformadores poseen a su vez
un núcleo central de aire.7
Por otro lado, la saturación es explotada en algunos dispositivos electrónicos. Por
ejemplo el efecto de saturación se emplea para limitar la corriente en
los transformadores de núcleo saturable, usados para la soldadura por arco. Cuando la
corriente primaria excede de un cierto valor, el núcleo es empujado a su región de
saturación, limitando mayores incrementos en la corriente secundaria. En una aplicación
más sofisticada, los inductores de núcleo saturable y los amplificadores
magnéticos utilizan una corriente continua aplicada a través de un bobinado
independiente montado sobre el mismo núcleo que sirve para controlar
la impedancia del inductor. Al variar la corriente en el devanado de control se puede
mover el punto de operación arriba y abajo en la curva de saturación, controlando la
corriente alterna que circula a través del inductor. Esto es usado en balastros de luz
fluorescente variable, y sistemas de control de potencia.8
CIRCUITO MAGNÉTICO IDEAL CON EXCITACIÓN SENOIDAL
Si la bobina del circuito magnético anterior lo excitamos con una fuente de tensión
alterna senoidal, sucede lo siguiente
a) Al aplicar una tensión senoidal la fuerza electromotriz de autoinducción en la bobina
también es senoidal y del mismo valor que la tensión aplicada (no se tiene en cuenta el
flujo disperso ni la resistencia óhmica del conductor de la bobina).
U = E
b) Esta fuerza electromotriz está relacionada con el flujo magnético, a través de la ley
de Faraday:
c) Al ser la fuerza electromotriz senoidal, también lo es el flujo magnético.
d) La relación entre el valor eficaz de la tensión aplicada y el flujo magnético está dada
por la expresión ya vista y que es la siguiente:

7. U = E = 4,44. N. f. (1)
: Es el flujo magnético máximo
e) La corriente que circula por la bobina está relacionada con el flujo magnético a través
del ciclo de histéresis, con lo que la misma no es senoidal.
Al tener un entrehierro, la reluctancia total del circuito magnético se ve aumentada, pero
como el flujo magnético no varia ya que depende de la tensión aplicada (1), la corriente
por la bobina se verá incrementada para poder mantener dicho valor de flujo magnético.
REACTANCIA DE DISPERSIÓN EN LOS CIRCUITOS MAGNÉTICOS
Las distorsiones de devanados, las cuales conllevan a fallas de transformadores, pueden
tener como causa inicial varios eventos de sobre corriente. La probabilidad de estos
eventos de sobre corriente no es muy alta y por con-siguiente un transformador puede
permanecer en servicio con devanados parcialmente deformados; sin embargo la
confiabilidad del transformador se ve reducida. Muchas fallas de transformadores
comienzan por distorsiones mecánicas y eventualmente ocurren por razones eléctricas.
Consecuentemente, las condiciones mecánicas deben ser consideradas con mucha
seriedad. Aún cambios pequeños de los parámetros medidos deben ser tratados con
mucho respeto. La medición de la reactancia de dispersión es una prueba muy fácil de
hacer la cual sirve como un indicador muy confiable de la distorsión de los devanados
del transformador.
Palabras Claves: Distorsión de devanados, Transformador, Devanados deformados,
Distorsión mecánica, Reactancia de dispersión, Reactancia de fuga.
Para la detección de deformaciones de devanados se han utilizado varios métodos.
Estos han sido:
1) Análisis de la respuesta de frecuencia
2) Prueba de impulso de voltaje bajo
3) Medición de la Capacitancia
4) Medición de la Reactancia de Dispersión
Los métodos 1 y 2 tienen inherentemente muy buenas posibilidades de búsqueda. Sin
embargo, la relativa sofisticación de los instrumentos de prueba necesarios y la
experiencia exigida por estas mediciones, todavía no permiten que se conviertan en
“herramientas familiares” en muchas compañías de electricidad.
La medición de la capacitancia se lleva a cabo como parte de las pruebas rutinarias del
aislamiento en corriente alterna y normalmente incluye las tres fases. La capacitancia
entre arrollamientos, y entre cada arrollamiento y el núcleo/tanque, es una función de su
relación geométrica dependiendo de como las constantes dieléctricas participan en el
aislamiento.

8. De ésta manera la capacitancia proporciona información sobre las menores variaciones
debidas a cambios de temperatura o contaminaciones serias. Las mediciones de la
Reactancia de Dispersión son realizadas durante la prueba de Cortocircuito. Durante
ésta prueba la reluctancia encontrada por el flujo magnético es determinada
predominantemente por el canal de dispersión o también llamado de fuga (Fig. 1).
Canal de dispersión de un devanado de un Transformador
El canal de fuga o de dispersión es el espacio confinado entre la superficie interior del
devanado interior, la superficie exterior del devanado exterior, y los yugos inferior y
superior. Cuando ocurre una distorsión de los devanados se cambia la reluctancia de la
trayectoria del flujo magnético, dando como resultado un cambio en la reactancia de
dispersión, medida.
La medición de la reactancia de dispersión es la más sencilla de las cuatro pruebas.
Durante las pruebas de rutina de investigación del transformador, es muy útil realizar
tanto la prueba de reactancia de dispersión como la de capacitancia. Los cambios en
ambos parámetros sirven como un indicador confiable de la distorsión de los devanados.
En [1] se presentan casos de estudios que comparan los resultados de ambas
mediciones.
Debe notarse que la prueba de reactancia de dispersión no reemplaza a la medición de la
corriente de excitación; ambas pruebas son complementarias. La reactancia de
dispersión esta influenciada por la reluctancia en el canal de dispersión; la corriente de
excitación esta influenciada por la reluctancia en el núcleo del transformador y puede
detectar espiras cortocircuitadas en los devanados, laminaciones del núcleo
cortocircuitadas, múltiples aterrizamientos del núcleo y problemas con el LTC
(Cambiador bajo carga) y el NLTC (Cambiador sin carga).
MODOS DE FALLA
Cuando un sistema de potencia sufre una condición de corto circuito se genera una
corriente muy grande que fluye a través de los transformadores de alta potencia. Los
devanados y terminales internas del transformador son sometidos a fuerzas mecánicas
extremadamente altas. La fuerza radial total en un devanado puede ser un múltiplo de
millones de libras y la fuerza axial total puede estar entre uno o dos millones de libras.

9. La corriente extremadamente alta durante la condición de falla, es la mayor fuente de
desplazamientos mecánicos y subsecuentemente de fallas de transformadores.
La corriente que fluye en los conductores de los devanados del transformador crea un
campo electromagnético dentro y alrededor de los devanados, como se muestra en los
esquemáticos simplificados de las Figs. 2 y 3. Cualquier conductor transportador de
corriente (I) que esté enlazado por este campo (B) experimenta una fuerza mecánica (F)
la cual es perpendicular a la dirección de la corriente y al campo.
En un transformador tipo núcleo, Fig. 2, las fuerzas actúan radialmente hacia afuera en
los devanado externos y radialmente hacia adentro en los devanados internos, pero
debido a los bordes radiales en las terminaciones de los devanados, también existen
componentes de fuerzas axiales las cuales tienden a comprimir a los devanados (Fig. 2).
IMANES PERMANENTES
Los imanes permanentes son materiales que poseen una gran capacidad
de almacenamiento de energía magnética, que perdura en el tiempo y que su
degradación no es significativa. Un aspecto importante es la curva característica de
magnetización o curva de histéresis, curva que es particular para cada tipo de material
magnético.
Los imanes permanentes no son algo nuevo. Es en el presente siglo que su estudio
y conocimiento fue avanzando hasta llegar hoy en día a la conformación de tierras raras,
las que en conjunto con el Samario, Neodimio y otros materiales han constituido imanes
de alto rendimiento.
Clases de Motores de Imanes Permanentes
Motor eléctrico sin escobillas

10. Un motor eléctrico sin escobillas o motor Brushless es un motor eléctrico que no emplea
escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.
Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes.
Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento,
desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas
de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor.
Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna asíncronos.
Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más
baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control era
mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles
electrónicos.
El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en
alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente
continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de corriente alterna
se pueden usar en aplicaciones de corriente continua, con un rendimiento mucho mayor
que un motor de corriente continua con escobillas.
Funcionamiento:
Su mecanismo se basa en sustituir la conmutación (cambio de polaridad) mecánica por
otra electrónica sin contacto. En este caso, la espira sólo es impulsada cuando el polo es
el correcto, y cuando no lo es, el sistema electrónico corta el suministro de corriente.
Para detectar la posición de la espira del rotor se utiliza la detección de un campo
magnético. Este sistema electrónico, además, puede informar de la velocidad de giro, o
si está parado, e incluso cortar la corriente si se detiene para que no se queme. Tienen la
desventaja de que no giran al revés al cambiarles la polaridad (+ y -). Para hacer el
cambio se deberían cruzar dos conductores del sistema electrónico.
Un sistema algo parecido, para evitar este rozamiento en los anillos, se usa en los
alternadores. En este caso no se evita el uso de anillos rozantes, sino que se evita usar
uno más robusto y que frenaría mucho el motor. Actualmente, los alternadores tienen
el campo magnético inductor en el rotor, que induce el campo magnético al estator, que
a la vez es inducido. Como el campo magnético del inductor necesita mucha menos
corriente que la que se va generar en el inducido, se necesitan unos anillos con un
rozamiento menor. Esta configuración la usan desde pequeños Aplicaciones:
• Coches y aviones con radiocontrol.
• Ventiladores de ordenador, casetes, etc.
• Alternadores de Autos.
• Generadores de centrales con potencias del orden del megavatio, etc.
• MotoresPasoaPaso
Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se
requieren movimientos muy precisos.
La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la
vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños

11. movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso
(90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°.
Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien
totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está energizada, el motor estará
enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente
libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.
Principio de funcionamiento:
Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que
van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas
excitadoras bobinadas en su estator.
Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación
(o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.
Tipos:
Bipolar: Estos tiene generalmente cuatro cables de salida. Necesitan ciertos trucos para
ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a
través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. En figura
podemos apreciar un ejemplo de control de estos motores mediante el uso de un puente
en H (H-Bridge). Como se aprecia, será necesario un H-Bridge por cada bobina del
motor, es decir que para controlar un motor Paso a Paso de 4 cables, necesitaremos usar
dos H-Bridges iguales al de la figura .En general es recomendable el uso de H-Bridge
integrados como son los casos del L293

12. Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su
conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. En la
figura podemos apreciar un ejemplo de conexionado para controlar un motor paso a
paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es una array de
8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA. Las entradas
de activación (Activa A, B , C y D) pueden ser directamente activadas por un
microcontrolador.
Aplicaciones:
• Impresoras, Fotocopiadoras y Ploteadoras.
• Máquinas de control numérico.
• Lectoras de CD.
• Robótica y servomecanismos.
• MotoresdeImanesPermanentesSíncronosAC
Los motores de AC que utilizan imanes más utilizados son:
• Síncronos (PMSM):
Poseen un campo magnético giratorio y uniforme
• Motores de Imán Permanente Conmutados o trapezoidales (BLDC_Motors):
El campo del estator es aplicado en pasos discretos
El rotor tiene dos imanes que cubren cada uno aprox.180º del perímetro del rotor y
producen una densidad de flujo quasi-rectangular en el hierro.
El estator tiene un bobinado trifásico, donde los conductores de cada fase están
distribuidos uniformemente en porciones de arcos de 60º.

13. El sistema de potencia conectara una fuente controlada de corriente a los bobinados del
estator, de manera que en cada momento conectemos 2 fases del bobinado. Cada imán
del rotor interactúa con 2 arcos de 60º por los que circule corriente.
Cuando los bordes del imán del rotor alcanzan el límite entre las fases del estator, un
detector, tal como un sensor de efecto Hall montado en el estator, detectará
la inversión del campo magnético del entrehierro y causa una apropiada secuencia de
conmutación de los transistores.
LA FUERZA ATRACTIVA Y LA ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO
Esta energía queda almacenada en el campo magnético y se devuelve al circuito de
excitación al anular la inducción magnética.
Fuerza Atractiva Magnética: en muchos problemas prácticos, la aproximación
representada por la expresión es buena, según puede apreciarse al considerar la hipótesis
en la que se basa la expresión. Si el entrehierro es corto frente a sus dimensiones
transversales, el flujo de dispersión es pequeño; y si el entrehierro presenta caras
paralelas, la mayor parte del flujo atraviesa el entrehierro en línea recta y la inducción
magnética será sustancialmente uniforme. La parte del camino del flujo que transcurre
por el hierro, se supone de sección recta uniforme. Se puede calcular la Fuerza f
requerida para desplazar la armadura contra la fuerza de atracción magnética aplicando
el principio de la conservación de la energía al sistema encerrado por la línea de trazos.

14. Si en este sistema se produjeran cambios en la energía total, deberían estar de acuerdo
con la ecuación de la conservación de la energía que es:
Energía Energía Aumento de Energía convertida
Eléctrica + Mecánica + la energía + irreversiblemente
Suministrada suministrada almacenada en otras formas
FORMAS DE REDUCIR LAS PERDIDAS TOTALES EN NÚCLEOS
MAGNÉTICOS
• Entre los factores que producen estas pérdidas podemos mencionar los
siguientes:
Pérdidas en el Cobre: Las pérdidas en el cobre son debidas a la resistencia óhmica
presentada por el alambre, estas pérdidas se incrementan cuando la aumentamos la
corriente que pasa por el alambre.
• Pérdidas en el Núcleo(Hierro): Este se subdivide en
• Pérdidas por histéresis magnética
• Pérdidas por corrientes parásitas
• Histéresis Magnética
Se produce histéresis al someter al núcleo a un campo creciente, los imanes elementales
giran para orientarse según el sentido del campo. Al decrecer el campo, la mayoría de
los imanes elementales recobran su posición inicial, sin embargo, otros no llegan a
alcanzarla debido a los rozamientos moleculares conservando en mayor o menor grado
parte de su orientación forzada, haciendo que persista un magnetismo remanente que
obligue a cierto retraso de la inducción respecto de la intensidad de campo.
Las pérdidas por histéresis representan una pérdida de energía que se manifiesta en
forma de calor en los núcleos magnéticos. Con el fin de reducir al máximo estas
pérdidas, los núcleos se construyen de materiales magnéticos de características
especiales.
La pérdida de potencia es directamente proporcional al área de la curva de histéresis.

15. La histéresis magnética es el fenómeno que se origina cuando la imantación de
algunos materiales ferromagnéticos no depende solo del flujo sino además dependen de
los estados magnéticos anteriores.
Cuando se trata de los transformadores, al someter el material magnético a un flujo que
varía con el tiempo se produce una imantación que se mantiene al cortar el flujo
variable, esto provoca una pérdida de energía que como habíamos manifestado se
expresa en forma de calor.
La potencia que se pierde debido a la histéresis depende tanto del tipo de material
aunque también se le puede considerar a la frecuencia.
Para el cálculo de las pérdidas debido a la histéresis utilizamos la ecuación de Steinmetz
que se muestra a continuación
• Las corrientes de Foucault o corrientes parásitas
En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a
las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones
inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo, que no son
óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste.
Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. En otras
palabras dichas corrientes transforman formas útiles de energía, como la cinética,
en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto inútil. A su vez disminuyen
la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnéticos variables, como
los transformadores de núcleo de hierro y los motores eléctricos. Estas pérdidas son
minimizadas utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja
conductividad eléctrica como un ejemplo tenemos a la ferrita o utilizando delgadas
hojas de material magnético, conocidas como laminados. Los electrones no pueden

16. atravesar la capa aisladora entre los laminados y, por lo tanto, no pueden circular en
arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, en un proceso análogo
al efecto Hall, produciendo campos eléctricos que se oponen a una mayor acumulación
de cargas y a su vez eliminando las corrientes de Foucault. Mientras más corta sea la
distancia entre laminados adyacentes, mayor será la eliminación de las corrientes de
Foucault y, por lo tanto, menor el calentamiento del núcleo.
Para calcular las pérdidas debido a las corrientes de Foucault utilizamos la siguiente
ecuación:
Como observamos en la gráfica anterior dependiendo del núcleo se pueden disminuir las
perdidas.
La aleación ferromagnética más utilizada para el diseño de núcleos de transformadores
es la aleación hierro-silicio, esta aleación es la producida en mayor cantidad y está
compuesta por hierro esencialmente puro con 1-6% de silicio, dependiendo este
porcentaje del fin a que se destine el material. Dando a esta aleación un tratamiento
térmico adecuado, se obtiene un material que comparado con el hierro, tiene mejores
propiedades magnéticas para campos magnéticos débiles, una resistividad mayor y
sufren pérdidas totales menores en el núcleo. Esta aleación se lamina en chapas y flejes,

17. principalmente de espesores comprendidos entre 0,35 y 0,635 mm recocidos; en
el lenguaje corriente se le conoce con el nombre de acero al silicio o Chapa magnética.
Las chapas de mejor calidad presentan mayor contenido en silicio, entre el 4 y el 5. El
silicio eleva la dureza del material, por lo que su porcentaje se determina según
el empleo al que se designa la chapa. También se prefieren chapas de menor contenido
de silicio cuando las densidades de funcionamiento son elevadas o cuando se desea una
elevada conductividad calorífica. Las pérdidas en el núcleo y el coeficiente de
envejecimiento aumentan al disminuir el contenido de silicio. La fabricación de la chapa
magnética ha llegado a estar normalizada en considerable extensión por lo que
los datos magnéticos publicados por diversos fabricantes no se diferencian, calidad por
calidad, excesivamente.
La siguiente tabla da los valores de las pérdidas específicas en W/kg, para diversas
calidades de planchas magnéticas que existen en el mercado.
La siguiente tabla muestra las características de construcción, los valores magnéticos y
la composición química para la determinación de las pérdidas de potencia en el hierro
en función del espesor, la aleación y la inducción.
• Aislamiento galvánico
En un transformador existen multitud de espiras enrolladas alrededor de un núcleo
ferromagnético. Estas espiras están recubiertas de un esmalte aislante muy fino. En
algún momento puede suceder que la proximidad entre primario y secundario con un
aislante en medio forme un condensador parásito (metalaislante- metal), y que se
induzcan corrientes por el campo eléctrico, no por el magnético.
Este efecto no es deseable, tiene un valor bajo pero no siempre es admisible. Para
transformadores de señal, donde se requiere que la señal sea lo más pura posible, puede
ser estrictamente necesario.
En la figura se puede ver el esquema de un transformador de micrófono con aislamiento
galvánico.

18. Junto al núcleo existe una pantalla que conduzca la electricidad pero no ferromagnética
para que no impida la inducción de tensión en el secundario.
Esto nos lleva a usar cobre o aluminio. Esta pantalla se conecta a tierra y así las
corrientes inducidas por el campo eléctrico van a tierra y no de un bobinado a otro.
• Pérdidas por flujos diversos
Las pérdidas por dispersión se presentan debido al flujo disperso que origina pérdidas
en el núcleo, soportes, depósitos y otras partes de hierro. Estas pérdidas por dispersión
elevan la temperatura de las partes estructurales del transformador.
Para los transformadores de tipo seco, los aumentos de temperatura de esas regiones no
contribuyen a aumentar la temperatura de la zona caliente de los arrollamientos. Para los
transformadores sumergidos en líquido, las pérdidas por dispersión aumentan la
temperatura del aceite y por lo tanto la temperatura de la zona caliente de los
arrollamientos.
Las pérdidas por dispersión son difíciles de evaluar por lo que se supone que las
pérdidas varían con el cuadrado de la corriente multiplicado por la frecuencia (orden del
armónico).
• Pérdidas en el cobre
Otra causa de pérdidas en el transformador son las causadas por los bobinados, primario
y secundario siempre y cuando exista carga, generalmente están construidas de cobre ya
que si bien no es el mejor conductor posee un buen equilibrio entre costos y
rendimiento.
Las perdidas dependerán del material del cual se haya construido los bobinados para
esto es importante considerar los parámetros de costos y rendimiento.
• Resistencia de los conductores eléctricos:
Todo conductor eléctrico afecta el paso de una corriente eléctrica en mayor o menor
grado determinado por su resistencia, el cual está afectado por los factores siguientes:
- El metal del que está formado
- Grosor
- Longitud.
• Resistencia de los metales:
La plata es el metal que conduce con más facilidad la electricidad, pero dado
su costo tan elevado, no es común usarla como conductor en los circuitos eléctricos.
El cobre es el conductor más usado por su bajo costo, aparte de ser un buen conductor
de la electricidad.
Es también usado el aluminio. Pero este presenta el inconveniente que no se puede
soldar por los medios comunes, por lo mismo es muy limitado su uso en casas,
solamente en líneas de transmisión de alto voltaje.
A continuación les presento la tabla en la cual se especifica la resistencia de los
diferentes conductores eléctricos.

19. Dónde? es la resistencia que presenta un conductor de 1 m de longitud y 1 mm2 de
sección.
La representa el aumento de resistencia del material en cuestión por cada grado que
aumentamos la temperatura.
Métodos para observar las pérdidas
• Ensayo en Vació
El ensayo en vacío nos proporciona a través de la medida de la tensión, intensidad y
potencia en el bobinado primario, los valores directos de la potencia perdida en el hierro
y deja abierto el bobinado secundario por lo que este no será recorrido por ninguna
corriente y no se tendrá en cuenta los valores de las perdidas en el cobre.
Entre los datos más importantes a tomarse en vacío debemos tomar en cuenta:
• Perdidas en el Hierro: Esto observamos a través de la lectura del watímetro en el
bobinado primario.
• La intensidad al vacío que observamos a través del amperímetro.
• Relación de transformación
• Impedancia
• Potencia aparente
• El ángulo de desfase
Tenemos además que tomar en cuenta algunas consideraciones cuando se producen
pérdidas, estas pérdidas tienen bastante importancia cuando se produce su explotación,
ya que por ella mismo se produce un consumo de energía incluso cuando el
transformador no tiene consumo.
También se ha comprobado que las que las pérdidas en el hierro son aproximadamente
proporcionales al cuadrado de la inducción, debido a esto a los usuarios nos interesarían

20. inducciones muy bajas para disminuir las pérdidas pero por curioso que parezca los
fabricantes de los transformadores intentan obtener el valor más elevado como puedan.
Efecto Joule
Se conoce como Efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor
circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en
calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que
circulan, elevando la temperatura del mismo.
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como
los hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados
industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es,
precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la
que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disminuya el calor
generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos como podían
ser los circuitos integrados. E inclusive las lámparas incandescentes que producen más
energía calorífica que lumínica.
Causas del fenómeno
Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o
moléculas los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la celda o
de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones
son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido
atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan
con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética, que es cedida en forma de
calor.
Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica
producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la
intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de
la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente".
Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de
entregar una resistencia, esta cantidad de calor dependerá de la intensidad de corriente
que por ella circule, del valor de la resistencia eléctrica y de la cantidad de tiempo que
esté conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule diciendo que la cantidad de
calor desprendido por una resistencia es directamente proporcional al cuadrado de la
intensidad de corriente al valor la resistencia y al tiempo.
Tablas
Tabla de chapas de hierro

21. Tabla de Conductores
• Rendimiento de un transformador
El rendimiento de un transformador se define como la relación entre la potencia de
salida y la potencia absorbida de la red por el transformador
Para determinar el rendimiento de un transformador de una madera rápida y directa
podemos medir con un vatímetro la potencia del bobinado primario y de igual forma
con otro vatímetro la potencia del bobinado secundario, de tal forma que el rendimiento
del transformador vendrá determinado por el coeficiente que resulte entre estos dos
valores
Otra manera de calcular la eficiencia en un transformador es determinado el cociente de
la potencia de salida y la potencia de entrada, sumándole las perdidas en el cobre y en el
hierro
• Pérdidas adicionales en presencia de armónicos de corriente
Si se conoce el espectro de armónicos, o puede medirse, o predecirse, se pueden
calcular con facilidad las pérdidas adicionales.
En principio el proceso de cálculo es el siguiente:
• Se determinan todas las componentes adicionales de pérdidas debidas a la presencia
de armónicos.
• Se determina el espectro de armónicos, bien sea por medio de mediciones o por
estimación, teniendo en cuenta todos los equipos generadores de armónicos
esencialmente los convertidores electrónicos.

22. • Se calcula la contribución de cada armónico y se determina la pérdida adicional
total.
• Diseños para evitar pérdidas
Anteriormente se menciona que para evitar las corrientes parasitas y reducir en cierta
forma las pérdidas de potencia se utiliza chapas muy delgadas en el núcleo, pero como
debe ser estas chapas?
El tipo de chapas más utilizado es el que adopta la forma de E, tal como se puede
apreciar en la figura
De igual forma en la figura podemos observar la manera de armar o construir el núcleo.
Al construir de esta manera en núcleo aprovechamos casi es su totalidad el flujo
magnético, evitándose las pérdidas por dispersión, este núcleo recibe el nombre de
"núcleo acorazado". La forma correcta de armar un transformador consiste en montar
las chapas, en forma invertida, una con respecto a la siguiente, según se observe en la
figura. De esta forma se evita el entrehierro o espacio de aire que como hemos podido
comprobar en nuestro estudio son un grave problema ya que disminuyen la
permeabilidad magnética del circuito, lo cual se traduce en una pérdida en la intensidad
o densidad del campo magnético, que. Lo cual desemboca en pérdidas de potencia
A continuación se muestra una tabla con las medidas de chapas disponibles en el
mercado con su respectiva explicación grafica

23. CONCLUSIÓN
Las máquinas eléctricas son de suma importancia en la actualidad, debido a las
diferentes aplicaciones industriales a los que son sometidas, por ello es de necesidad
primordial, el conocimiento detallado de su principio de funcionamiento y se deben
tomar en cuenta todas las fallas que se presentan para el correcto funcionamiento de los
mismos.
El objetivo de este informe es, el de presentar de una manera un poco resumida,
Circuito magnéticos, de las máquinas eléctricas, el comportamiento de cada una según
la clasificación dada y de dar a conocer algunas aplicaciones de estas.

24. BIBLIOGRAFÍA
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monofasicos/perdidas-potencia-tranformadores-monofasicos.shtml#ixzz337gThXyp
http://books.google.co.ve/books?
id=8x45l9XSLhgC&pg=PA220&lpg=PA220&dq=efectos+del+entrehierro+en+un+circ
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o6b&sig=C1SUkObYC0ISy2j11wQ456P_TwM&hl=es&sa=X&ei=22mHU9ipKfDlsA
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cuitos_magneticos.pdf
http://webs.uvigo.es/quintans/recursos/Web_electromagnetismo/dispositivos_trans
formadores.htm
htttp://es.wikipedia.org/wiki/Saturaci%C3%B3n_(magnetismo)