Transformadores
Páginas: 9 (2007 palabras)
Publicado: 20 de enero de 2013
TRANSFORMADORES.
1.1 El transformador.
Es una máquina que transfiere la energía eléctrica de un circuito de corriente alterna a otro, sin variar la frecuencia. Sin embargo puede existir una variación de voltaje o de corriente. Dado que el transformador no tiene partes móviles es una de las máquinas eléctricas con mayor rendimiento.
Los transformadores puedentransferir la energía de un circuito a otro, a menor, mayor o igual voltaje, dependiendo de esto se les ha asignado un nombre:
Transformador Reductor: Entrega a la carga un voltaje menor al que recibe de la fuente de energía eléctrica.
Transformador Elevador: Entrega a la carga un voltaje mayor al que recibe de la fuente de energía eléctrica.
Transformador de Relación Unitaria: Entrega energíaa la carga con un nivel de voltaje igual al de la fuente.
Principio de Funcionamiento.
La energía eléctrica la transfiere por inducción electromagnética mediante dos arrollamientos dispuestos en un circuito magnético.
El circuito magnético está compuesto por:
1. Un núcleo formado por chapas de acero estampado superpuestas que tienen forma rectangular oacorazado en forma de ocho. También existen transformadores de núcleo de aire.
2. Las líneas de flujo magnético (ø) que se establecen en el núcleo.
Partes del transformador:
1. Devanado Primario: Recibe este nombre el devanado que recibe la energía de la fuente de alimentación.
2. Devanado Secundario: Es aquel en el cual se conecta la carga.
3. Núcleo.1.1.2.- Fuerza Electromotriz Inducida. (FEM)
Como se observa en la figura 03, el flujo magnético (φ) que se establece en el núcleo es común para ambos devanados primario y secundario. Por lo tanto se induce la misma FEM (E´) en cada espira (vuelta) en ambos arrollamientos.
La FEM total en cada arrollamiento es: [pic] [pic]
Igualando E´ y ordenando queda:
[pic]
De laexpresión anterior, se tiene que la FEM total inducida (E) en cada arrollamiento es proporcional al número de espiras que lo componen; es decir:
[pic] . . . . . . .Fórmula (I)
Por otro lado, La FEM inducida en un transformador es proporcional a tres factores:
• La frecuencia.
• El número de espiras.
• El flujo máximo (φm)
Si el flujo varía según una ley sinusoidal, se puedeexpresar matemáticamente de la siguiente forma: [pic]
[pic]
El voltaje o Fuerza electromotriz inducida es, de acuerdo a la Ley de Faraday:
[pic]
La FEM inducida máxima ocurre cuando “ωt” vale 0°, o bien cos ωt=1
[pic]
Como sabemos:
[pic]
Finalmente queda:
[pic]. . . . . . . . . . . .Fórmula (2).
øm es el flujo máximo expresado en Webber.
[pic]
øm es el flujomáximo expresado en Maxwell.
O bien:
Si ø = B·A
La FEM inducida queda expresada como:
[pic]. . . . . . . . . . .Formula (3)
Bm se expresa en Maxwell/cm2 y A en cm2.
Como se observa en la figura 04 el flujo φ = φm sen ωt y la Fem. e = - N φm ω cos θ se encuentran en cuadratura y esta última en retardo de fase.
Ejemplo (1).
El núcleo de un transformador tiene una sección recta de130 cm², y la densidad máxima de flujo en el núcleo es de 11160 Maxwell/cm². El arrollamiento primario tiene 700 espiras y el secundario 70. Si la frecuencia de alimentación es de 60 Hz, determine la FEM inducida en el primario y en el secundario.
1.1.3.- Los Ampere-Vuelta.
Cuando el transformador opera en vacío, como se muestra en la figura 05 (sin carga), por el primario solamentecircula una corriente muy pequeña Io que recibe el nombre de corriente de excitación y que suele ser del 1 al 3% de la corriente nominal1. Esta corriente tiene dos componentes:
Im: Se encarga de crear la fuerza magnetomotriz (FMM) que produce (φ) y se encuentra en fase con éste.
Ie: Se encarga de compensar las pérdidas en el núcleo o pérdidas en vacío y se encuentra en cuadratura con Im....
1.1 El transformador.
Es una máquina que transfiere la energía eléctrica de un circuito de corriente alterna a otro, sin variar la frecuencia. Sin embargo puede existir una variación de voltaje o de corriente. Dado que el transformador no tiene partes móviles es una de las máquinas eléctricas con mayor rendimiento.
Los transformadores puedentransferir la energía de un circuito a otro, a menor, mayor o igual voltaje, dependiendo de esto se les ha asignado un nombre:
Transformador Reductor: Entrega a la carga un voltaje menor al que recibe de la fuente de energía eléctrica.
Transformador Elevador: Entrega a la carga un voltaje mayor al que recibe de la fuente de energía eléctrica.
Transformador de Relación Unitaria: Entrega energíaa la carga con un nivel de voltaje igual al de la fuente.
Principio de Funcionamiento.
La energía eléctrica la transfiere por inducción electromagnética mediante dos arrollamientos dispuestos en un circuito magnético.
El circuito magnético está compuesto por:
1. Un núcleo formado por chapas de acero estampado superpuestas que tienen forma rectangular oacorazado en forma de ocho. También existen transformadores de núcleo de aire.
2. Las líneas de flujo magnético (ø) que se establecen en el núcleo.
Partes del transformador:
1. Devanado Primario: Recibe este nombre el devanado que recibe la energía de la fuente de alimentación.
2. Devanado Secundario: Es aquel en el cual se conecta la carga.
3. Núcleo.1.1.2.- Fuerza Electromotriz Inducida. (FEM)
Como se observa en la figura 03, el flujo magnético (φ) que se establece en el núcleo es común para ambos devanados primario y secundario. Por lo tanto se induce la misma FEM (E´) en cada espira (vuelta) en ambos arrollamientos.
La FEM total en cada arrollamiento es: [pic] [pic]
Igualando E´ y ordenando queda:
[pic]
De laexpresión anterior, se tiene que la FEM total inducida (E) en cada arrollamiento es proporcional al número de espiras que lo componen; es decir:
[pic] . . . . . . .Fórmula (I)
Por otro lado, La FEM inducida en un transformador es proporcional a tres factores:
• La frecuencia.
• El número de espiras.
• El flujo máximo (φm)
Si el flujo varía según una ley sinusoidal, se puedeexpresar matemáticamente de la siguiente forma: [pic]
[pic]
El voltaje o Fuerza electromotriz inducida es, de acuerdo a la Ley de Faraday:
[pic]
La FEM inducida máxima ocurre cuando “ωt” vale 0°, o bien cos ωt=1
[pic]
Como sabemos:
[pic]
Finalmente queda:
[pic]. . . . . . . . . . . .Fórmula (2).
øm es el flujo máximo expresado en Webber.
[pic]
øm es el flujomáximo expresado en Maxwell.
O bien:
Si ø = B·A
La FEM inducida queda expresada como:
[pic]. . . . . . . . . . .Formula (3)
Bm se expresa en Maxwell/cm2 y A en cm2.
Como se observa en la figura 04 el flujo φ = φm sen ωt y la Fem. e = - N φm ω cos θ se encuentran en cuadratura y esta última en retardo de fase.
Ejemplo (1).
El núcleo de un transformador tiene una sección recta de130 cm², y la densidad máxima de flujo en el núcleo es de 11160 Maxwell/cm². El arrollamiento primario tiene 700 espiras y el secundario 70. Si la frecuencia de alimentación es de 60 Hz, determine la FEM inducida en el primario y en el secundario.
1.1.3.- Los Ampere-Vuelta.
Cuando el transformador opera en vacío, como se muestra en la figura 05 (sin carga), por el primario solamentecircula una corriente muy pequeña Io que recibe el nombre de corriente de excitación y que suele ser del 1 al 3% de la corriente nominal1. Esta corriente tiene dos componentes:
Im: Se encarga de crear la fuerza magnetomotriz (FMM) que produce (φ) y se encuentra en fase con éste.
Ie: Se encarga de compensar las pérdidas en el núcleo o pérdidas en vacío y se encuentra en cuadratura con Im....
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