Ing. Jorge Rojas. CUESTIONARIO DE PREGUNTAS CAPÍTULOS I, II. STEPHEN J. CHAPMAN
Kevin Calle. Cristian Enríquez. Luis Gordillo. Juan Maldonado. Luis Pulla. Israel Romero. Juan Vélecela.
5to Nivel. INGENIERÍA ELÉCTRICA Mayo 2014 CAMPUS EL VECINO
Miércoles 18| de Mayo del 2014 Cuenca – Azuay – Ecuador
1. ¿Qué es par? ¿Qué función cumple el par en el movimiento rotacional de l as máquinas?
También se lo puede puede llamar como fuerza de de torsión aplicada a un un objeto y se define como como el producto de la fuerza aplicada al objeto y la distancia más corta entre la línea de acción de la fuerza y el eje de rotación del objeto. En el movimiento rotacional de las máquinas el par aplicado a lo largo de un ángulo produce un trabajo. 2. ¿Qué establece la Ley de Ampere?
La Ley de Ampere establece que la circulación de la intensidad de campo magnético en una trayectoria cerrada es igual a la corriente que recorre en esa trayectoria.
∮∙= 3. ¿Qué es intensidad de campo magnético? ¿Qué es densidad de flujo magnético? ¿Cómo se relacionan estos dos términos? Intensidad de campo magnético es la influencia que ejerce la corriente externa en la creación del
campo magnético del material, independientemente independientemente de la respuesta magnética del material. Densidad de flujo magnético es la inducción magnética que causa una carga en movimiento por
unidad de área en dirección del flujo. A pesar de que la intensidad de campo y la densidad de flujo son numéricamente iguales se los puede relacionar con la permeabilidad permeabilidad magnética del material ya sea en el aire o en vacío.
=∙ 4. ¿Cómo ayudan los conceptos de circuito magnético equivalente al diseño de los núcleos de los transformadores y las máquinas?
El comportamiento de un circuito magnético está determinado por ecuaciones análogas a aquellas establecidas para un circuito eléctrico. Esto simplifica el proceso de diseño ya que de otro modo sería muy complejo.
5. ¿Qué es reluctancia?
Reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que este posee al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo m agnético. 6. ¿Qué es un material ferromagnético? ¿Por qué es tan alta la permeabilidad de un material ferromagnético?
Los materiales ferromagnéticos son muy sensibles a la influencia de un campo magnético. En estos materiales se produce un ordenamiento de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Su permeabilidad es muy alta porque estos materiales presentan mucha afinidad polar. A diferencia de la mayoría de materiales, los ferromagnéticos no tienen permeabilidad constante. 7. ¿Cómo varía la permeabilidad relativa de un material ferromagnético con la fuerza magneto motriz?
En los materiales ferromagnéticos, la permeabilidad varia con la cantidad de flujo presente desde antes en el material. 8. ¿Qué es histéresis? Explique la histéresis en términos de la teoría de los dominios
La histéresis se le denomina como pérdidas de energía, también se le puede decir que es un retardo en la imanación de un material m aterial respecto al campo indicado. 9. ¿Qué son las pérdidas por corrientes parasitas? ¿Qué se puede hacer para minimizar las perdidas por corrientes parasitas en el núcleo?
Estas corrientes parasitas disipan energía puesto que fluyen en un medio resistivo (el hierro del núcleo), la energía disipada se convierte en calor en el núcleo. Por esta razón, se acostumbra a cortar el núcleo ferromagnético que va estar sujeto al flujo alterno en pequeñas tiras o laminas y construirlos con ellas. 10. ¿Por qué todos los núcleos expuestos a la acción de campos magnéticos alternos son laminados?
Para limitar al mínimo los recorridos de las corrientes parasitas. 11. ¿Cuál es la ley de Faraday?
Establece que si un flujo atraviesa una espira de un alambre conductor se inducirá en ésta un voltaje. 12. ¿Qué condiciones se requieren para que un campo magnético produzca una fuerza f uerza sobre un conductor?
Un campo magnético sobre sus alrededores es el que induce una fuerza sobre un alambre conductor que porta corriente y se encuentra dentro del campo.
13.- ¿Qué condiciones se requieren para que un campo magnético produzca voltaje en un alambre conductor? Tiene que haber movimiento relativo entre el conductor y el campo para que este corte las líneas de fuerzas magnéticas. Se requiere que la orientación del vector del desplazamiento sea distinto de la dirección de la vector densidad de flujo, no sean paralelos.
= () ) ∗ 14 ¿Por qué la maquina lineal es un buen ejemplo del comportamiento observado en las maquinas (dc) reales?
Es la versión más sencilla y fácil de entender de una maquina dc, ya que opera con los mismos principios y exhibe la misma conducta que los generadores generadores y los motores motores reales. reales.
15 La máquina lineal de la figura se mueve en condiciones de estado estacionario. ¿Qué le ocurrirá a la barra si se incrementa el voltaje de la batería?
La barra se moverá hacia la derecha con una velocidad dada por:
Esto ocurrirá cunado
=
alcance un valor igual a
.
16 ¿Cómo produce un incremento de velocidad un decremento de la producción de flujo en una maquina lineal?
El mismo comportamiento se presenta en los motores dc reales, cuando el flujo del motor dc disminuye, el motor gira más rápido. Aquí de nuevo la maquina lineal se comporta de manera muy similar al motor dc real.
17 Diga si la corriente esta delante o detrás del voltaje en una carga inductiva. ¿La potencia de la carga será positiva o negativa?
La corriente está atrasada Ø grados con respecto al voltaje. La potencia de la carga es positiva.
18 ¿Qué son las potencias real, reactiva reactiva y aparente? ¿En qué unidades unidades se miden? ¿Cómo se relacionan?
Potencia Activa en que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo, se produce con el tiempo un resultado tangible (calor, potencia mecanica, luz, etc). La potencia reactiva “Q” representa la energía que primero se almacena y luego se libera en el campo magnético de un inductor o en el campo eléctrico de un capacitor, esta se mide en voltamperes reactivos (var). La potencia aparente “S” es el producto del voltaje a través de la carga y la corriente en la carga, esta se mide en volt-amperes (VA) LA potencia real, reactiva y aparente se relacionan a través del triángulo de potencias:
=
=
=
19.- ¿Qué es factor de potencia?
Se define como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. Es la fracción de la potencia aparente S que en realidad suministra potencia a la carga.
1.
¿La relación de vueltas de un transformador es igual a la relación de voltajes a través de un transformador? ¿Por qué si o por qué no?
Si es igual, ya que la relación entre el voltaje primario causado por el flujo mutuo y el voltaje secundario causado por el flujo mutuo, es igual a la relación de vueltas del transformador, esto se demuestra con la ley de Faraday.
2.
¿Por qué la corriente de magnetización impone un límite superior al voltaje aplicado al núcleo de un transformador?
Porque una vez que el flujo pico alcanza el punto máximo de saturación en el núcleo, un pequeño aumento en el flujo pico requiere un gran gr an aumento en la corriente de magnetización pico. 3. ¿Qué componentes integran la corriente de excitación de un transformador? ¿Cómo se consideran en el circuito equivalente del tr ansformador? ansformador?
Los componentes resistencia RN y reactancia XM que dentro del circuito equivalente equivalente se consideran como histéresis y pérdida del núcleo (RN) en paralelo con la corriente de magnetización (XM). 4.
¿Qué es el flujo disperso de un transformador? ¿Por qué se considera como un inductor en el circuito equivalente del transformador? t ransformador?
Es el flujo que escapa del núcleo y pasa atreves de uno solo de los devanados del transformador. Son flujos Dispersos; se considera como inductor porque estos flujos que se escapan producen una auto inductancia en las bobinas primarias y secundarias. 5.
Enliste y describa los tipos de pérdidas que se presentan en un transformador.
Pérdidas en el cobre: son causadas por el calentamiento resistivo en los devanados del primario y secundario. Pérdidas por corrientes parásitas: Estas son provocadas por el calentamiento resistivo del núcleo. Perdidas por histéresis: Están asociadas con la reubicación de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada semiciclo, son una función compleja y no lineal del voltaje aplicado al transformador.
Flujo Disperso: El flujo que escapa del núcleo y pasa atreves de uno solo de los devanados del transformador 6. ¿Por qué afecta la regulación de voltaje de un transformador el factor de potencia de una carga?
Afecta a la regulación de voltaje del transformador porque la carga consume un voltaje, existiendo un desfasamiento entre corrientes y el voltaje por esta razón cuando tenemos cargas:
En atraso nuestra regulación de voltaje será mayor a cero. Con un factor de potencia igual a 1 la regulación voltaje seguirá siendo mayor cero pero es más pequeño que en el caso anterior. En adelanto el voltaje secundario puede ser mayor que el voltaje secundario por lo tanto obtendremos una regulación de voltaje negativo.
7. ¿Por qué la prueba de cortocircuito muestra esencialmente solo las perdidas pérdidas de excitación del transformador?
y no las
Porque la corriente que fluye por la rama de excitación es despreciable, yaqué al cortocircuitar la salida, el voltaje de entrada es muy pequeño, pequeño, las terminales del secundario secundario se cortocircuitan y en el primario se conecta una fuente adecuada de voltaje, entonces se miden el voltaje, la corriente y la potencia de entrada. 8. ¿Por qué la prueba de circuito abierto muestra básicamente las pérdidas de la excitación y no las de
?
Porque esta prueba permite obtener el valor de las llamadas pérdidas en vacío o pérdidas en el núcleo. En ésta prueba el devanado que se alimenta es de bajo voltaje y así resulta más conveniente la medición y porque por el devanado secundario no circula corriente. 9. ¿Cómo elimina el sistema por unidad el problema de los diferentes niveles de voltaje en un sistema de potencia?
Al tener diferentes niveles de voltajes los sistemas por unidad toman un nivel base de los parámetros de voltaje, corrientes, y a su vez potencias muy elevadas que se dan en los sistemas de alta potencia.
= 10. ¿Por
qué
los
autotransformadores
pueden
manejar
más
potencia
que
los
transformadores convencionales del mismo tamaño?
Un autotransformador es una máquina eléctrica, de construcción y características similares a las de un transformador, pero que a diferencia de éste, sólo posee un único devanado alrededor de un núcleo ferromagnético.
En el auto transformador t ransformador para calcular la sección del transformador solo influye la potencia que se va a utilizar, esto quiere decir que la efectividad del transformador se incrementa la cantidad de energía que se pierde por efecto de la inducción de una bobina a otra. 11. ¿Qué son la toma de derivación en los trasformadores? ¿Por qué se usan?
Las tomas de derivación se las puede ver tanto en los transformadores como en los autotransformadores, de esta manera con distintos bobinados y un mismo núcleo se puede obtener distintos voltajes en el secundario, también se da para un mejor acople de impedancias. 12. ¿Cuáles son los problemas problemas asociados con la conexión conexión de un transformador transformador trifásico Y-Y
Si las cargar en el circuito del transformador no están equilibradas entonces los voltajes en las fase del transformador pueden llegar llegar desequilibrarse en forma muy severa oro problema es que los voltajes del tercer armónico pueden ser muy grandes. 13. ¿Qué es un transformador tcul?
Es un trasformador con habilidad de cambiar las tomas mientras suministra potencia esto es útil para los transformador de distribución con tapas podremos ver que tiene una serie de taps o tomas en los devanados para permitir pequeños cambios en la relación además del valor nominal sin embargo estas tomas no se pueden cambiar mientras suministra potencia para esto es que son Útiles los TCUL llamados transformadores transformadores conmutadores de tomas bajo bajo carga 14. ¿Cómo se puede lograr la trasformación trifásica utilizando solo dos trasformadores que tipos de conexiones se pueden utilizar cuales son ventajas y desventajas?
Se puede lograr mediante diferentes conexiones todas las técnicas que se emplean involucran reducción de manejo de potencia en los trasformador. Como sea el caso para que las bobinas sigan entregando el mismo nivel de rendimiento deben ser forzadas más y si el rendimiento del trasformador son sus tres bobinas estaba al tope cuando se las pase a dos el rendimiento bajara notablemente. La mayor ventaja es que dan la oportunidad de obtener una fase adicional cuando se dispone solo de dos.
15. Explique porque una conexión de transformador triangulo abierta está limitada a suministrar 57.7% de la carga de un banco de transformadores triangulo-triángulo normal.
Con una carga resistiva el voltaje nominal en el transformador es Vf y la corriente nominal es If entonces la potencia máxima que puede suministrarse a la carga es
=3∗∗ ∗(0) El ángulo entre corriente y voltaje es 0 así que
=3∗∗ La relación es la potencia del delta abierto sobre el delta completo para la potencia del delta abierto sumamos la potencia de cada una de sus faces tomando en cuenta sus ángulos tomemos en cuenta que hay una diferencia de +-30 grados
1=3∗∗∗(150−120) =∗∗(30) 1= √ 23 ∗
16. Un transformador de 60Hz puede operar en un sistema de 50Hz que requiere hacer para permitir esta operación.
Un transformador puede operar tranquilamente así o viceversa la diferencia radica que el voltaje en el secundario fluctuara y no será el voltaje de los valores nominales si no que aumentara o disminuirá dependiendo del caso además que el calentamiento aumentara al ser que el núcleo no este diseñado para esa frecuencia. 17. ¿Qué le pasa a un transformador cuando se conecta a la línea de potencia por primera vez? ¿Se puede hacer algo mitigar este problema?
Cuando se conecta al transformador a la línea de potencia. Un problema relacionado con el nivel de voltaje en el transformador es el de la corriente de irrupción en el arranque. Ya que se aplica un voltaje en el momento en que se conecta por primera vez el transformador a la línea de potencia. Para solucionar este problema es limitar esta corriente se recomienda dos opciones
Colocar una resistencia limitadora que se dispare al momento que la corriente exceda un límite programado para que limite la corriente. Aumentar el amperaje de funcionamiento para que al momento del arranque pueda equilibrarse más rápido.
18. ¿Que es un transformador de potencial? ¿Cómo se utiliza?
El transformador de potencial es un transformador con devanados especiales: el primario para alto voltaje y el secundario secundario para bajo voltaje. El transformador tiene una potencia potencia nominal muy baja y su propósito es suministrar una muestra del sistema de voltaje de potencia a los instrumentos que los monitorean. Debido a que su propósito es tomar muestras de voltaje, muy exactos para no distorsionar demasiado el valor de voltaje verdadero. Se pueden proveer transformadores de potencial de varios niveles de exactitud, dependiendo de tan exactas que deben ser las lecturas para determinadas aplicaciones. Los transformadores de potencial se utilizan para elevar el voltaje y permitir el transporte de la corriente a largas distancias, también se utilizan para la reducción del voltaje a niveles aceptables para uso residencial e industrial. 19. ¿Qué es un transformador de corriente? ¿Cómo se utiliza?
Los transformadores de corriente son transformadores de alta precisión en los cuales la relación de las corrientes del primario a secundario es una constante conocida que cambia muy poco con la carga. Las relaciones típicas son 600:5, 800:5, 1000:5. Los transformadores de corriente se lo utilizan para realizar muestreos de corrientes altas y realizar mediciones con aparatos de medición de baja potencia, también usamos para disminuir la corriente que ingresa al vatímetro. Es importante mantener en cortocircuito al transformador de corriente en todo momento.
20. Un transformador de distribución tiene los siguientes valores nominales: a 8KVA, 20000/480V y 60Hz. ¿Este transformador puede suministrar de manera segura 15KVA a una carga de 415V a 50 Hz? ¿Por qué si o por qué no?
No porque son dos sistemas diferentes el uno con 60Hz y el otro con 50Hz. Y a su vez la carga no suministrara los 15Kva 21. ¿Por qué se escucha un zumbido al estar cerca de un gran transformador de potencia?
El ruido de los transformadores es producido principalmente por la saturación magnética del núcleo magnético del transformador.
