Corriente Magnetizante

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
DE LA FUERZA ARMADA
UNEFA – LARA

Bachilleres
Leonardo Schael
Alcides Suarez
Daniel Aguilar

Sección: 9M1IE

Barquisimeto, Julio de 2012
En la figura 1, se puede observar un transformador donde el primario esta conectado a una fuente de ca y el devanadosecundario está abierto, el funcionamiento del transformador viene definido por la ley de Faraday.

l1: Es el flujo concatenado a la bobina del primario.
N1: Número de vueltas del devanado primario.
F:  Flujo promedio por vueltas confinado al núcleo.

Figura 1. Transformador en vacio.
El voltaje inducido eind = e1 está en voltios cuando  el flujo F está en weber, y la fem inducida e1 es casiigual a la tensión aplicada al primario V1, debido a que la resistencia sin carga (o de vacio) es muy pequeña en la mayoría de los transformadores de potencia, la onda de voltaje y de flujo son casi senoidales. Así el flujo instantáneo es:
F = Fmax . sen(wt)
El voltaje inducido es:

Figura 2, tension inducida y flujo
e1 = w.N1. Fmax . cos(wt)
Para un flujo máximo el cos(wt) = 1, w = 2.p.f, entonces el valor rms de la fuerza electromotriz inducida es:

Está fuerza electromotriz (fem) inducida e1 en el primario del transformador se debe a los encadenamientos de flujo establecidos en el circuito magnético los cuales se deben a una corriente que fluye en el circuito primario aún cuando el secundario se encuentre abierto, está corriente de estado estacionario iF se llama corriente deexcitación.
Las propiedades magnéticas del núcleo determinan la corriente de excitación, debido a las propiedades no lineales del hierro, la forma de onda de la corriente de excitación difiere de la forma de onda del flujo.
Una curva de la corriente de excitación en función del tiempo se puede encontrar a partir del lazo de histérisis de ca, tal como lo muestra la figura 3.

Figura 3, corrienteexcitación a partir de la curva de histéresis.
A partir de la aplicación del estudio de series de Fourier a la corriente de excitación se obtiene una componente fundamental y armonicos impares. La componente fundamental consta a su vez de dos componentes.

Figura 4, Diagrama fasorial de la corriente de excitación
1.     La corriente magnetizante,  iM, que es la requerida para producir el flujo enel núcleo del transformador y esta retrasada 90 grados con respecto a la fuerza contraelectromotriz y a todos los armonicos.
2.     La corriente de pérdidas en el núcleo, iFE = iHE, que es la requerida para compensar la histérisis y las pérdidas de corrientes parasitas en el núcleo y esta en fase con la fuerza contraelectromotriz. Esta corriente es no lineal debido a los efectos no lineales dela histérisis.
La corriente de excitación es:
Iex = IF = im + iFE

Figura 5, corriente de excitación y la tensión aplicada al primario.
La armonica principal es la tercera y por lo general es el 40% de la corriente de excitación y esta a su vez le corresponde entre el 1% y el 2% de la corriente de plena carga.
Las pérdidas en el núcleo viene dad por:  
PFE = E1.Io. Cos Fo
 Corrientesmagnetizantes en transformadores.
En el núcleo de un transformador, despreciando la histéresis, el flujo ∅ y la corriente magnetizante im necesaria para producirlo, están relacionados por una curva de magnetización, como se muestra en la figura 1(a). En la figura 1(b), ∅ representa el flujo sinusoidal generado por la tensión del primario, e im la corriente magnetizante, dibujada en función del tiempopara cada valor de ∅, que posee una forma de onda muy diferente a la sinusoidal.
Cuando se incluye el efecto de histéresis, como el caso de la figura 2, la onda no sinusoidal de la corriente magnetizante deja de ser simétrica con respecto a su punto máximo. En este caso, la corriente correspondiente a cada punto de la onda de inducción de la figura 2(b) se determina a través de la figura 2(a):...