FIMCP-ESPOL ELECTRICIDAD
CAPITULO 7 CIRCUITOS MAGNÉTICOS Y TRANSFORMADORES (12 horas) 7.1 Efectos magnéticos de la corriente eléctrica. 7.2 Circuitos magnéticos. Curvas de magnetización. magnetización. Características de materiales magnéticos. Circuitos magnéticos prácticos. Excitación CD. 7.3 Voltajes inducidos. Circuitos magnéticos con Excitación CA. Perdidas. 7.4 Principios de funcionamiento y aplicaciones de los transformadores. Derivaciones. Derivaciones. Polaridad. Tipos Tipos de transformadores: transformadores: Potencia y medición. 7.5 Banco de transformadores transformadores 7.6 Práctica #7: Diseño de fuentes de voltaje monofásico. monofásico.
Prof. Prof. Ing. Eduardo Men dieta R.
7.1 Efectos magnéticos de la corriente eléctrica. Hans Christian Oersted Oersted fue un Fisicoquímico Danés que fundo la rama de la ciencia llamada Electromagnetismo que tiene que ver con los campos magnéticos producidos por Corrientes eléctricas. Durante una clase nocturna el descubrió accidentalmente que una aguja magnética era deflectada por el paso de una corriente eléctrica en un un conductor En 1934 1934 el "Oersted" fue adoptado como unidad de medida medida de la fuerza del campo magnético.
Experimento Oersted
Ley de Faraday de inducción magnética: “ La “ La fem generada es proporcional proporcional a la variación variación del flujo magnético con respecto al tiempo”.
Ley de Lenz: “Una fem fem indu induci cida da en una espir spira a o bobi obina de ala alambre bre tien tienee una una dir dirección ión tal tal que que la corri orrien ente te que orig origin ina a gene genera ra su prop propio io camp campo o magn magnét étic ico o que que se opon oponee al camb cambio io del del camp campo o del del fluj flujo o magn magnét étic ico o que que pasa pasa por por esa esa espi espira ra o bobina”
Heinrich Lenz
Ley de Gauss del Magnetismo: “El flujo magnético neto a través de cualquier superficie cerrada es siempre cero”
Karl Friedrich Friedrich Gauss
Ley de Ampere: “ La integral de línea de B.dl alrededor de cualquier trayectoria cerrada es igual a μ o I, donde I es la corriente total que pasa a través de cualquier superficie delimitada por la trayectoria”.
André-Marie Ampère
7.2 Circuitos magnéticos. Curvas de magnetización. Características de materiales magnéticos. magnéticos. Circuitos magnéticos prácticos. Excitación CD. El inductor como el transformador eléctrico son parte importante de los circuitos. El inductor se lo usa como: como: -Filtro de entrada y de salida para convertidores CA/CD, CD/CA, CD/CD, CA/CA -Circuitos limitadores de corriente Bobina Pancake -Convertidores resonantes. Los transformadores se los usa para: -Desfasamiento de Voltaje. -Aislamiento entre el circuito de potencia y el circuito de control. -Almacenar -Almacenar y transferir energía en convertidores CD/CD aislados. -Medición de corriente y de voltaje(transformadores de instrumentos)
Transformador eléctrico
Bobina
7.3 Voltajes Voltajes inducidos. Circuitos magnéticos con Excitación CA. Perdidas.
7.4 Principios de funcionamiento funcionamiento y aplicaciones de los transformadores. Derivaciones. Polaridad. Polaridad. Tipos de transformadores: transformadores: Potencia y medición.
Autotransformador El transformador eléctrico es una maquina eléctrica estática que permite cambiar el nivel del voltaje enviado por una fuente alterna hacia valores que se requiera para el uso de la electricidad. Dependiendo
Transformador sencillo de alto voltaje Núcleo de hierro
Bobinas de primario y secundario
Transformador eléctrico sencillo con protección fusible
Las Las deriv derivaci acion ones es dispo disponib nible less en un trans transfo form rmado adorr eléc eléctr tric ico o se util utiliz izan an par para sele selecc ccio iona narr un volt voltaj aje e de entrada primaria disponible, ej. 110 VAC o 220VAC; o para seleccionar un voltaje de salida secu secund ndar aria ia requ requer erid ida a por por algú algún n equi equipo po eléc eléctr tric ico o, ej se requiere tener a la salida 12 VAC y 38 VAC.
AUTOTRANSFORMADORES Autotransformadores eléctricos 110 Vac Vac a 220 2 20 Vac Vac o viceversa
Polaridad de los transformadores ideales Las reglas para el signo algebraico adecuado son las siguientes: 1. Si las tensiones V 1 y V2 de las bobinas son ambas positivas o ambas negativas en el terminal con marca, utilice un signo mas en la relación de voltajes o caso contrario utilice un signo menos.
2. Si las corrientes I 1 e I2 de las bobinas son ambas entrantes o ambas salientes de los terminales marcados, utilice un signo negativo en la relación de corrientes o caso contrario un signo positivo.
TIPOS DE TRANSFORMADORES 1-Transformadores 1-Transformadores de Potencia: Sirven para variar el voltaje pero mantienen constante el valor de potencia en el primario y en el secundario: V1I1 = V2I2 Ejemplo: Un transformador de potencia de 900 KVA tiene una tensión en el primario de 13000 Voltios. Si la relación del numero de vueltas del transformador es de 10:1, determine el voltaje y la corriente eléctrica por el secundario I2.
2- Transformadores Transformadores de medida e instrumentación Son los transformadores que se usan en los tableros de medición y protección para poder distribuir la energía eléctrica de manera segura. Estos transformadores son de dos clases: Los transformadores de Corriente y los transformadores de Potencial Estos transformadores sensan la corriente que pasa por las líneas de alimentación por medio de bobinas. Permiten reducir el potencial eléctrico a valores bajos para poder monitorear a bajo costo.
7.5 Banco de transformadores
Cons Consis iste te en simul simular ar un trans transfo form rmad ador or trifá trifásic sico o con con tres tres transf transform ormado adores res monof monofási ásicos cos.. El banco banco de transf transform ormado adores res puede conectarse en derivaciones que son combinaciones de los
A ceite cei te di elé el é ctr i co Como parte de un programa integral proactivo de mantenimiento eléctrico en transformadores, se requiere necesariamente incluir un análisis periódico del aceite aceite aislante., antes de que el el aceite colapse uy ocasione ocasione daños severos en el el transformador. transformador. Estudios del Consejo Internacional de Grandes Redes Eléctricas han determinado que más del 70% de los defectos y fallos internos de un transformador dejan una huella en el aceite aislante que, si se sabe analizar e interpretar, permite identificar la naturaleza y severidad del defecto o fallo. Aspe Aspecto cto y colo colorr. El color de un aceite aislante se expresa con un número obtenido por comparación con una serie de colores normalizados. No es una propiedad crítica, pero puede ser útil para una evaluación comparativa. Un incremento rápido o un número de color elevado pueden indicar degradación o contaminación del aceite. Además del color, el aspecto del aceite puede mostrar turbidez o sedimentos que pueden indicar la presencia de agua libre, lodos insolubles, carbón, fibras u otros contaminantes. Rigide Rigidezz dieléct dieléctrica rica.. La rigidez dieléctrica es una medida de la capacidad del aceite para soportar solicitaciones eléctricas. La medida de la rigidez dieléctrica sirve principalmente para indicar la presencia de contaminantes como agua o partículas. Un valor bajo de rigidez dieléctrica puede indicar que uno o más de estos contaminantes están presentes. Sin embargo, un valor elevado de rigidez dieléctrica no indica necesariamente necesariamente la ausencia de todo contaminante. Punt Puntoo de infl inflam amaci ación ón.. La rotura del aceite causada por descargas eléctricas o por exposición prolongada a muy altas temperaturas puede producir cantidades cantidades suficientes de hidrocarburos de bajo bajo peso molecular molecular para reducir el punto de inflamación inflamación del aceite. Un bajo punto de inflamación puede indicar la presencia de productos combustibles volátiles en el aceite. Esto puede deberse a contaminación con un disolvente pero, en algunas ocasiones, se ha observado que la causa eran chispas eléctricas. Compat Compatibi ibilid lidad ad de aceites aceites aislan aislantes. tes. Para rellenar el transformador o mantener niveles, se debe utilizar un aceite que cumpla con la norma IEC 60296 y sea del mismo tipo. Los aceites no usados, que sean conformes con la norma IEC 60296 y que no contengan o contengan los mismos
Refrigeración El aceite mineral tiene la función de servir de elemento trasmisor de calor para poder disipar el calor generado por los bobinados y núcleo del transformador. De tal manera, el aceite debe mantener excelentes propiedades eléctricas para poder soportar la degradación térmica y la oxidación. Algunos transformadores no contiene aceite mineral sino líquidos sintéticos tales como: silicona, R-Temp. Hay varias razones de peso para realizar pruebas periódicas al aceite dieléctrico: primero las pruebas indicaran las condiciones internas del transformador. transformador. Cualquier síntoma de lodo permitirá retirarlo del transformador antes de que penetre y ocasione algún daño en los bobinados y las superficies interiores del transformador, prolongando su vida útil .Otra ventaja es la reducir las salidas no programadas, si se detecta algún problema, entonces se toman toman las medidas que impidan impidan las interrupciones Punt Puntoo de cong congel elaci ación ón.. Es una medida de la capacidad del aceite para fluir a baja temperatura. No existen evidencias que sugieran que esta propiedad s e vea afectada durante el deterioro normal del aceite. Los cambios en el punto de congelación pueden normalmente interpretarse como resultado del rellenado con un tipo diferente de aceite. Densidad. La densidad puede ser útil para identificar el tipo de aceite. En climas fríos, la densidad del aceite puede ser importante para determinar la idoneidad de su uso. Por ejemplo, los cristales de hielo formados a partir de agua libre pueden flotar en aceites de alta densidad y conducir a contorneamiento durante la posterior fusión. Sin embargo, la densidad no es significativa para comparar la calidad de diferentes muestras de aceite. No existen evidencias de que la densidad se vea afectada por el deterioro normal del aceite.
Impedancia reflejada al primario Encuentre Zab si ZL = 80∠60
o
Ω
Ejemplo. Determine la potencia liberada por la carga de 10 Ω.
De tal manera que: I = [50/(2.5 + 22.5)] = 2 A rms
