Este documento presenta un tutorial sobre máquinas eléctricas y transformadores. Explica los conceptos básicos de transformadores ideales y reales, incluyendo sus componentes, funcionamiento y conexiones. También cubre transformadores trifásicos y diferentes tipos de conexiones. El objetivo es que los estudiantes aprendan a calcular variables eléctricas relacionadas a máquinas eléctricas. Se sugiere revisar los temas previos antes de completar las actividades interactivas y pruebas incluidas en el tutorial.

1. ING. RAÚL G. MATOS ACUÑA
CICLO 2012-III Módulo: II
Unidad: 5 Semana: 5
ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

2. MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y
TRANSFORMADORES

3. ORIENTACIONES
El tutorial está dividido en varios puntos. Cada punto está explicado
en el tutorial mediante una primera parte en la que se hace una
introducción teórica y una segunda parte en la que se presenta al
usuario un breve test o autoevaluación que le servirá para evaluar
sus conocimientos. A lo largo del tema aparecen una serie de
aplicaciones interactivas que van a permitir al alumno aplicar sus
conocimientos y variar diversos parámetros para ver los efectos que
se producen.
El estudiante para lograr los objetivos específicos de la unidad 5
debe conocer y estar entrenado en temas previos, unidad 4.

4. CONTENIDOS TEMÁTICOS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y TRANSFORMADORES
1.-LEY DE LENZ
2.-TRANSFORMADOR IDEAL
3.-TRANSFORMADOR REAL
4.-TRANSFROMADOR TRIFÁSICO
5.- MÁQUINA ELÉCTRICA

5. INTRODUCCIÓN
• En este tutorial, estudiamos las máquinas eléctricas.
• Analizaremos el funcionamiento de los transformadores y su
aplicación.
OBJETIVO: Que el estudiante conozca y calcule las variables
eléctricas.
El estudiante para lograr los objetivos específicos de la unidad 5
debe conocer y estar entrenado en temas previos, unidad 4.

6. MOTIVACION 1
REVISAR LOS LINKS CORRESPONDIENTES AL TEMA

7. En 1882 el inventor Nikola Tesla descubrió el principio
del campo magnético rotatorio el cual es la base para
la construcción de los distintos sistemas de motores y
generadores de corriente alterna polifásica, con este
principio Tesla construyó su motor de inducción, y
distintas aplicaciones de sistemas polifásicos, luego en
1885 el señor George Westinghouse compró las
patentes del sistema polifásico de generadores,
transformadores y motores de corriente alterna de
Tesla para implementarlo en la planta de generación de
las catratas del Niagara, la cual se inaguró con los dos
primeros generadores de Tesla los cuales tenían 5000
caballos de fuerza y que fueron los mas grandes
construídos hasta el momento.
INTRODUCCIÓN

8. MAGNITUD FÓRMULA UNIDAD
Flujo magnético Φ = B * S * cos α Φ Flujo ( Weber)
B Inducción ( Tesla)
S Superficie ( m2)
α  entre la inducción y la normal a S.
Fuerza magnetomotriz
F = N * I F Fuerza ( Amperio-vuelta)
N Espiras ( nº de espiras)
I Intensidad ( Amperios)
Excitación magnética H = F / L H Excitación (amperio- vuelta/m)
F Fuerza magnetomotriz
L Longitud (metros)
Inducción en el vacío Bo = μ o * H Bo Inducción en el vacío (Tesla)
μo Permeabilidad ( 4 * p * 10-7 )
H Excitación (amperio- vuelta/m)
Inducción B = μ * Bo B Inducción (Tesla)
μ Permeabilidad rel. del material
Bo Inducción en el vacío
Trabajo de las fuerzas electromagnéticas W = Φ * I W Trabajo (julios)
Φ Flujo (weber)
I Intensidad (Amperios)
Fuerza electromotriz inducida E = B * L * v E f. e. m. (Voltios)
B Inducción (Tesla)
L Longitud (m)
v Velocidad (m/s)
Fuerza electromotriz inducida E = - N*ΔΦ/Δt
E f. e. m. (Voltios)
N Número de espiras
ΔΦ Variacioón de flujo ( weber)
Δt Tiempo (Seg.)
Fuerza electromotriz autoinducida E = - L*ΔI/Δt E f. e. m. (Voltios)
L Coef. de autoinducción (Henrios)
ΔI Variación de Intensidad ( amperios)
Δt Tiempo (Seg.)

9. Conceptos Previos

10. Si en lugar de un imán permanente el flujo magnético es creado por una corriente alterna
sinusoidal, la variación de flujo producida por esta corriente es sinusoidal.
En todos los casos
el valor de la f. e. m.
inducida vale:

11. Bornes homólogos
El esquema de encima es equivalente al de debajo, pues solo se ha desplazado
la bobina 2 hacia el lado izquierdo. Al circular una corriente alterna i por la
bobina AB se crea una fem autoinducida debida a las variaciones de i cuyo
sentido, de acuerdo a la Ley de Lenz, es oponerse con sus efectos a la causa
que la produce (e1 = - v1)
Se dice que el terminal A, de la bobina 1, tiene igual polaridad que el terminal A',
de la bobina 2, si la tensión entre A-B está en fase con la tensión entre A'-B'.

13. El Transformador ideal

14. Analogía

15. El Transformador real

16. El Transformador real. Diagrama vectorial

17. El Transformador real. Circuito equivalente

18. Impedancia nominal

19. Caída de tensión

21. Ensayo en cortocircuito

22. Tensión de cortocircuito

23. Ensayo en vacío
Rendimiento

24. Balance de potencias

28. El Transformador Trifásico
Transformación mediante tres transformadores monofásicos
Un sistema trifásico se puede
transformar empleando 3
transformadores monofásicos.
Los circuitos magnéticos son
completamente independientes,
sin que se produzca reacción o
interferencia alguna entre los
flujos respectivos.
Otra posibilidad es la de utilizar
un solo transformador trifásico
compuesto de un único núcleo
magnético en el que se han
dispuesto tres columnas sobre las
que sitúan los arrollamientos
primario y secundario de cada
una de las fases, constituyendo
esto un transformador trifásico
como vemos a continuación.

29. Transformador trifásico
En un transformador trifásico cada columna está formada por un transformador
monofásico, entonces toda la teoría explicada en la sección de los
transformadores monofásicos es válida para los trifásicos, teniendo en cuenta
que las magnitudes que allí aparecen hace referencia ahora a los valores por
fase.

32. 12.8 Transformadores
Un transformador es un dispositivo utilizado para aumentar o disminuir el voltaje
en un circuito sin pérdida apreciable de potencia. Consta de dos bobinas
arrolladas sobre un núcleo de hierro.
Primario Secundario
dt
d
NV 11


El flujo que atraviesa cada espira en ambos
arrollamientos es el mismo, luego la tensión que
aparece en el secundario es
dt
d
NV 22


Comparando las
dos ecuaciones 1
1
2
2 V
N
N
V 
Transformador
Elevador
1212 VVNN 
Transformador
Reductor
1212 VVNN 

33. Si colocamos una resistencia de carga en el secundario, aparecerá una
corriente I2 en fase con V2 y aparecerá un flujo adicional proporcional a N2 I2
Como el flujo en el primario debe tener el mismo ritmo de variación al estar
conectado a una fem externa, debe aparecer una corriente I1en el primario
de forma que
2211 ININ 
Si no existen pérdidas, se debe cumplir que 2ef2ef1ef IVI 
Uso de los transformadores
Transporte de energía eléctrica con
pérdidas mínimas de energía por efecto
Joule utilizando alto voltaje y baja
corriente.

34. Ejemplo:
En Albacete, con una población de 100.000 habitantes, si suponemos
que cada uno consume una potencia media de 1.5 kW, se necesita
para cada persona una corriente
A7
220
1500
I IVP 
La corriente total necesaria para Albacete sería de 700.000 A, para lo
cual se necesitarían gruesos cilindros de cobre con grandes pérdidas.
Si se utilizan transformadores de alta (elevadores) para transportar la potencia, la
corriente necesaria se reduce a
2ef2ef1ef IVI  A250000.700
000.600
220
I ef2 
Dentro de la ciudad se sitúan transformadores que reducen el valor del voltaje
hasta 10.000 V, por ejemplo. Cerca de las casa se sitúan nuevos
transformadores que reducen el voltaje de nuevo hasta 220 V. Debido a esta
facilidad para aumentar o reducir el voltaje de la corriente alterna, se utiliza este
tipo de corriente y no la corriente continua.

35. TRANSFORMADOR TRIFASICO.
CONEXIONES TRIFASICAS.
Conexión estrella( U ) - estrella( U )
Conexión estrella( U ) - delta( D )
Conexión delta( D ) - estrella( U )
 Conexión delta( D ) - delta( D )
Conexión U U Conexión U  D

36. Ejemplo 1

37. CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
SUGERIDAS
• En la clase practica se desarrollarán aplicaciones de máquinas
eléctricas y transformadores. El estudiante debe revisar los
problemas propuestos.
• Se sugiere que el alumno revise los links y/o videos del tutorial.
• La próxima tutoría tratará sobre máquinas de inducción o máquinas
asíncronas. El estudiante debe revisar los tutoriales de la semana 6.

38. GRACIAS