conceptos basicos de electricidad
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INTRODUCCION DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS.
La electricidad (del griego electrón, cuyo significado es ámbar) es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros. Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte). Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y asimismo de todos los dispositivos electrónicos. Además es esencial para la producción de sustancias químicas como el aluminio y el cloro.
También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción —fenómeno que permite transformar energía mecánica en energía eléctrica— se ha convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación y distribución y a su gran número de aplicaciones.
La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones).
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HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD
Uno de sus Mitos iníciales puede situarse hacia el año 600 a. C., cuando el filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una piel o con lana, se obtenían pequeñas cargas (efecto triboeléctrico) que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Cerca de la antigua ciudad griega de Magnesia se encontraban las denominadas piedras de Magnesia, que incluían magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos de hierro. Las palabras magneto (equivalente en español a imán) y magnetismo derivan de ese topónimo.
Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por investigadores sistemáticos como Gilbert, von Guericke, Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson.
Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère, Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas
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ELECTROSTÁTICA
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado.
Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorios a partir del siglo XVII, ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio
En 1785 el físico francés Charles Coulomb publicó un tratado donde cuantificaba las fuerzas de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y describía, por primera vez, cómo medirlas usando una balanza de torsión. Esta ley se conoce en su honor con el nombre de ley de Coulomb.
La ley de Coulomb puede expresarse como:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a regresarla a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra.La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de sus cargas sean negativas o positivas.
En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.
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Dichas mediciones permitieron determinar que:
La fuerza de interacción entre dos cargas y duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas:
y En consecuencia:
Si la distancia entre las cargas es , al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un factor de 4 (2²); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3²) y al cuadriplicar , la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4²). En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:
Asociando ambas relaciones:
Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la relación anterior en una igualdad:
Durante el siglo XIX se generalizaron las ideas de Coulomb, se introdujo el concepto de campo eléctrico y potencial eléctrico, y se formuló la ecuación de Laplace, que determina el potencial eléctrico en el caso electrostático
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LEY DE OHM
La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:
Donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:
I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω)
Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que esté circulando.
La ley define una propiedad específica de ciertos materiales por la que se cumple la relación:
Un conductor cumple la Ley de Ohm sólo si su curva V-I es lineal, esto es si R es independiente de V y de I.
Circuito mostrando la Ley de Ohm: Una fuente eléctrica con una diferencia de potencial V, produce una corriente eléctrica I cuando pasa a través de la resistencia R.
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V
I R
Este triángulo se usa para obtener la incógnita que se desee encontrar. Ejemplo: Si quiero saber la corriente de un circuito donde conozco la (V) Tension y la (R) resistencia, tapo en el triangulo la (I) corriente, y resulta
que ella es igual a
Voltaje, tensión o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. También se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro.
Resistencia eléctrica, se define como la oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica para circular a través de él, su valor se expresa en ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω
CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CC)
Los circuitos eléctricos son un conjunto de elementos como las resistencias y las pilas que integran un camino para la corriente eléctrica. Los circuitos se basan por lo general en dos reglas para las conexiones de las cargas.
CIRCUITOS SERIE
Se dice que un circuito está conectado en serie, cuando por todos los dispositivos de carga circula la misma corriente, en estos circuitos la resistencia total es la suma de la resistencia de carga y la de los propios conductores
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CIRCUITOS PARALELO
Los circuitos en paralelo son los más utilizados en las instalaciones eléctricas, en estos circuitos todos los elementos o cargas se conectan entre los conductores que se alimenta de la fuente de voltaje y por lo tanto el voltaje es igual a cada uno los elementos conectados en paralelo
POTENCIA
Se define como la cantidad de energía eléctrica o trabajo; energía que se transporta o trabajo que se consume en una determinada unidad de tiempo. La potencia mecánica se mide en caballos de fuerza “HP”.
Energía es la capacidad para hacer un trabajo, puede estar almacenada en un cuerpo y se entrega cuando el objeto desarrolla un trabajo.
La unidad de medida de la potencia es el Watt, y la expresión es de la siguiente manera
--------------- (Watts)
-------------- (Watts)
CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CA)
Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos (resistencias, capacitores y bobinas), desde el punto de vista del estudio de los
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circuitos eléctricos los valores más significativos son los valores “EFECTIVOS” o eficaces de la corriente y voltaje. Debido a que la corriente alterna esta constantemente variando con valores instantáneos y alternos, la única forma de calcular la corriente es calculando su valor eficaz.
En un circuito de corriente alterna que contiene inductancia se ejerce una fuerza electromotriz o autoinducción debido al valor instantáneo de corriente, la oposición que la inductancia presenta al flujo de corriente alterna se conoce como reactancia inductiva y se expresa de la siguiente manera:
Donde:
XL= Reactancia inductiva=3.1416
F= frecuencia (Hertz)L= Inductancia (Henry)
En algunos circuitos eléctricos se tienen elementos que tienen capacidad para almacenar una cierta cantidad de electrones a esta capacidad de almacenar carga eléctrica se llama Reactancia capacitiva, y se expresa en Farads
REACTANCIA CAPACITIVAUn capacitor conectado a un circuito permite la circulación de corriente, debido a su capacidad para almacenar corriente en una dirección del flujo de corriente, después descarga la corriente y vuelve almacenar la corriente alterna, pero en dirección opuesta, sin embargo el capacitor ofrece una cierta oposición al flujo de corriente esta oposición depende de dos factores: El valor de la capacitancia y el índice con el cual el voltaje aplicado cambia
Donde:
XC= Reactancia capacitiva ; C= Valor de la capacitancia
IMPEDANCIA
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En circuitos eléctricos por lo general en forma aislada los parámetros, resistencia, inductancia y capacitancia, más bien aparecen de manera combinada y se expresa mediante la siguiente formula.
----------Ω
TRIANGULO DE POTENCIASEl llamado triángulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna.
Como se podrá observar en el triángulo de la ilustración, el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ) representa el valor del ángulo que se forma al representar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puede representar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:
El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico. Ese número responde al valor de la función trigonométrica “coseno”, equivalente a los grados del ángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).
Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor de potencia correspondiente al defasaje en grados existente entre la
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intensidad de la corriente eléctrica y la tensión o voltaje en el circuito de corriente alterna.
Lo ideal sería que el resultado fuera siempre igual a “1”, pues así habría una mejor optimización y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría menos pérdida de energía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producen la energía
En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es “1”, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no existe desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión o voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fracción decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cos = 0,95 , por ejemplo, será mucho más eficiente que otro que posea un Cos = 0,85 .
Ya vimos anteriormente que la potencia de un motor eléctrico o de cualquier otro dispositivo que contenga bobinas o enrollados se puede calcular empleando la siguiente fórmula matemática:
El resultado de esta operación matemática estará dada siempre en watt (W), por lo que para convertir en kilowatt (kW) el valor obtenido, será necesario dividir primero la cifra resultante entre 1000.
Por otra parte, como el valor de (P) viene dado en watt, sustituyendo (P) en la fórmula anterior podemos decir también que:
, por lo tanto
Potencia AparenteLa potencia aparente (también llamada compleja) de un circuito eléctrico de corriente alterna es la suma (vectorial) de la energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la formación de
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los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes que fluctuara entre estos componentes y la fuente de energía.Esta potencia no es la realmente consumida "util", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en watts (Volts*Amperes)
Potencia reactiva Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil. Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.
Potencia trifásicaLa representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico equilibrado está dada por la ecuación:
MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA
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Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, es decir, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se equipan con frenos regenerativos.
Los motores de corriente alterna y los motores de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el cual circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material.
La corriente eléctrica está definida por convenio en el sentido contrario al desplazamiento de los electrones.
FUNDAMENTOS DE OPERACIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS
En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: Polo Norte y Polo Sur que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existe entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelan y polos distintos se atraen, produciendo así el movimiento de rotación
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Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: el de inducción descubierto por Michael faraday que señala que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio de André Ampére observo en 1820, en el que establece, que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético esta ejerce una fuerza mecánica o f.e.m sobre el conductor El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente eléctrica por un conductor se produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.
VENTAJAS:
En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:
A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
Se pueden construir de cualquier tamaño.
Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro se emiten contaminantes.
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MOTORES DE CORRIENTE CONTINÚA
El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.
La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga, además, se utilizan en aquellos casos en los que es impredecible utilizar corriente directa, como es el caso de los motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores deben tener en el rotor y el estator el mismo número de polos
Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:
Motor serie Motor compound Motor shunt Motor eléctrico sin escobillas
Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:
Motor paso a paso Servomotor motor sin núcleo.
MOTOR SERIE:
En el motor con excitación serie, el inducido, el devanado inductor y la carga van conectados en serie. Si esta se desconecta de los bornes de salida de motor, quedara interrumpido el circuito de excitación y por lo tanto no se producirá en el inducido tensión alguna.
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En cambio si se conecta una carga pequeña, circulará una pequeña corriente por el devanado inductor y en consecuencia se generará en el inducido una fuerza electromotriz también pequeña. Si la carga conectada es mayor, también serán mayores la corriente de excitación y la fuerza electromotriz inducida. generalizando, al aumentar la carga aumenta la fuerza electromotriz inducida
MOTOR COMPOUND
Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar.
Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.
Esto provee una característica de velocidad que no es tan “dura” o plana como la del motor shunt, ni tan “suave” como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio.El motor compound es un motor de excitación o campo independiente con propiedades de motor serie. El motor da un par constante por medio del campo independiente al que se suma el campo serie con un valor de carga igual que el del inducido. Cuantos más amperios pasan por el inducido mas campo serie se origina claro está siempre sin pasar del consumo nominal.
MOTOR SHUNT
El motor shunt o motor de excitación paralelo es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.
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Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que el motor serie, (también uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación.
Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye más que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en derivación son adecuados para aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario un rango apreciable de velocidades (por medio del control del campo). El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos motogeneradores de corriente directa.
MOTOR ELÉCTRICO SIN ESCOBILLAS
Un motor eléctrico sin escobillas es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.
Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor.
Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna asíncronos. Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantemiento, pero su control era mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles electrónicos.
El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de corriente alterna se pueden usar en aplicaciones de corriente continua, con un rendimiento mucho mayor que un motor de corriente continua con escobillas. Algunas aplicaciones serían los coches y aviones con radiocontrol, que funcionan con pilas.
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SERVOMOTOR
Es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa.
MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA
Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con corriente alterna. Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos, este tipo de motores son los más utilizados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energía normales
Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador.
Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores es el alternador.
De acuerdo a su alimentación se dividen en tres tipos: Monofásico (1 fase) Bifásico (2 fases) Trifásico (3 fases)
Motores Monofásicos Fueron los primeros utilizados en la industria, cuando este tipo de motores este en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes de que inicie la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante.
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Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un devanado auxiliar defasado 90º con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha arrancado el devanado auxiliar se desconecta del circuito.
Debido a que un motor de c.a. monofásico tiene dificultades para arrancar, está constituido por dos grupos de devanados:
El primer grupo se conoce como el devanado principal o de trabajo, este devanado está formado de un conductor grueso y tiene más espiras que el devanado de arranque.
El segundo se le conoce como devanado auxiliar o de arranque, los devanados difieren entre sí física y eléctricamente.
Es importante señalar, que el sentido de giro de las bobinas involucra la polaridad magnética correspondiente.
Figura: Sentido de giro de las bobinas
Los motores monofásicos han sido perfeccionados con el paso de los años a partir del tipo original de repulsión en varios tipos mejorados y en la actualidad se conocen:
Motores de fase partida: Consta de una carcasa, un estator formado por laminaciones, en cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y auxiliar, un rotor formado por conductores a base de barras de cobre o aluminio embebidas en el rotor y conectados por medio de anillos de cobre en ambos extremos, denominado lo que se conoce como jaula de ardilla, estos fueron los primeros motores monofásicos utilizados en la industria y aun permanece su aplicación en forma popular, la mayoría de ellos se fabrican en rangos de 1/30 (24.9 W) a ½ HP (373 W)
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Motor de arranque con capacitor: Es similar en su construcción al de fase partida, excepto que se conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque para tener un mayor par de arranque, su rango de operación va desde 1 HP hasta 15 HP, es utilizado ampliamente en muchas aplicaciones de tipo monofásico, tales como accionamiento de maquinas herramientas, compresores de aire, refrigeradores
Figura: Motor de arranque con capacitor
Motores con permanente: Utiliza un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de trabajo. El crea un retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para arrancar el motor y para accionar la carga. La principal diferencia entre un motor con permanente y un motor de arranque con capacitor es que no se requiere de Switch centrífugo. Estos motores no pueden arrancar y accionar cargas que requieren un alto par de arranque.
Motor de inducción-repulsión: Se aplican donde se requieren arrancar cargas pesadas sin demandar demasiada corriente. Se fabrican desde ½ HP hasta 20 HP y se utilizan en cargas como: compresores grandes, equipo de refrigeración etc,
MOTORES TRIFÁSICOS
Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres fases, a demás de
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que el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede cambiarse invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, lo cual desplaza las fases, de manera que el campo magnético gira en dirección opuesta.
Tratándose de máquinas que sólo sean apropiadas para un sentido de giro, estará éste indicando por una flecha en la placa de características. Debajo de la flecha consta en qué orden se desconectarán los bornes con las fases correlativas de la red. Antes de poner en marcha el motor debe revisarse la conexión y el sentido de giro.
Puesta a tierra
Los motores tienen en la caja de conexiones un tornillo para empalmar el conductor de tierra, para la puesta a tierra se dispone adicionalmente un borne en la pata o bien en la carcasa.
Potencia
Para elegir un motor adecuado, se tendrán en cuenta los datos siguientes: la carga de trabajo (potencia), la clase de servicio, el curso de ciclo de trabajo, los procesos de arranque, frenado e inversión, la regulación de la velocidad de rotación, las variaciones de la red.
La potencia de los motores que puedan conectarse a la red, considerando la intensidad en el arranque (la potencia aparente de arranque) para una cierta carga previa de la red, está determinada por la diferencia de tensiones que se considera admisible si la alimentación se hace a través de un transformador, y, si la alimentación se realiza por medio de un generador, por el diseño y excitación del mismo.
La potencia nominal del motor debe aproximarse lo más posible a la demanda de potencia de la máquina accionada. Si el motor está dimensionado en exceso, resultan las siguientes consecuencias:
Mayor intensidad de arranque, por lo cual se necesitan fusibles mayores y una mayor sección en el conductor; servicio antieconómico, puesto que el factor de potencia y, bajo ciertas circunstancias, el rendimiento a carga parcial es menor que a plena carga.
El motor toma de la red las siguientes potencias:
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Potencia activa:
Potencia aparente:
Potencia reactiva:
P = Potencia suministrada en el eje (kW)Pw = Potencia activa (kW) absorbida de la redPs = Potencia aparente (kVA)Pb = Potencia reactiva (kVAr)V= Tensión de servicio (V)I = Intensidad en el estator (A)h = Rendimiento (%)cos Φ= factor de potencia
Tipo y características: Los motores trifásicos se usan para accionar maquinas-herramientas, bombas, elevadores, ventiladores y muchas otras máquinas. Básicamente están construidos de tres partes esenciales: estator. Rotor y tapas, el estator consiste de un marco o carcasa y un núcleo laminado de acero al silicio, así como un devanado formado por bobinas individuales colocadas en sus ranuras. Básicamente son de dos tipos:
Jaula de ardilla Rotor devanado
Motores De Jaula De Ardilla: La mayor parte de los motores que funcionan con c-a de una sola fase tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos y tienen un núcleo de hierro laminado.Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas circulares de los extremos. Cuando este rotor está entre dos polos de campos electromagnéticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz). Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razón para que se
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mueva en una dirección u otra y así permanece parado. Es similar al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo alterno.
Cuando el campo se produce para que tenga un efecto rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla. Un motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que están alimentados por corrientes en distinta fase, lo que permite a los dos juegos de polos tener máximos de corriente y de campos magnéticos con muy poca diferencia de tiempo. Los arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se deberían alimentar por c-a bifásicas y producir un campo magnético rotatorio, pero cuando se trabaja con una sola fase, la segunda se consigue normalmente conectando un condensador (o resistencia) en serie con los arrollamientos de fases distintas.Con ello se puede desplazar la fase en más de 20° y producir un campo magnético máximo en el devanado desfasado que se adelanta sobre el campo magnético del devanado principal.Desplazamiento real del máximo de intensidad del campo magnético desde un polo al siguiente, atrae al rotor de jaula de ardilla con sus corrientes y campos inducidos, haciéndole girar. Esto hace que el motor se arranque por sí mismo.El devanado de fase partida puede quedar en el circuito o puede ser desconectado por medio de un conmutador centrífugo que le desconecta cuando el motor alcanza una velocidad predeterminada. Una vez que el motor arranca, funciona mejor sin el devanado de fase partida. De hecho, el rotor de un motor de inducción de fase partida siempre se desliza produciendo un pequeño porcentaje de reducción de la que sería la velocidad de sincronismo.Si la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor de jaula de ardilla, con una cierta carga, podría girar a 1.750 rpm. Cuanto más grande sea la carga en el motor, más se desliza el rotor. En condiciones óptimas de funcionamiento un motor de fase partida con los polos en fase desconectados, puede funcionar con un rendimiento aproximado del 75%.Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor, consiste en sombrear el campo magnético de los polos de campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de campo y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del polo.Mientras la corriente en la bobina de campo está en la parte creciente de la alternancia, el campo magnético aumenta e induce una fem y una corriente en el anillo de cobre. Esto produce un campo magnético alrededor del anillo que contrarresta el magnetismo en la parte del polo donde se halla él.En este momento se tiene un campo magnético máximo en la parte de polo no sombreada y un mínimo en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un máximo, el campo magnético ya no varía y no se induce corriente en el anillo de cobre. Entonces se desarrolla un campo magnético máximo en todo el
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polo. Mientras la corriente está decreciendo en amplitud el campo disminuye y produce un campo máximo en la parte sombreada del polo.De esta forma el campo magnético máximo se desplaza de la parte no sombreada a la sombreada de los polos de campo mientras avanza el ciclo de corriente. Este movimiento del máximo de campo produce en el motor el campo rotatorio necesario para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo. El rendimiento de los motores de polos de inducción sombreados no es alto, varía del 30 al 50 por 100. Una de las principales ventajas de todos los motores de jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es la falta de colector o de anillos colectores y escobillas. Esto asegura el funcionamiento libre de interferencias cuando se utilizan tales motores. Estos motores también son utilizados en la industria. El mantenimiento que se hace a estos motores es fácil.
Figura: Motor jaula de ardilla.
MOTORES UNIVERSALES
Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51 %), pero como se utiliza
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en máquinas de potencia pequeña, esta no se considera importante, además su operación debe ser intermitente de lo contrario este se quemaría, estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, sierra eléctrica, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas débiles o pequeña velocidad.
Los componentes de este motor son: estator, rotor, las escobillas (los excitadores) y las tapas (las cubiertas laterales del motor). El circuito eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía para el paso de la corriente, porque el circuito está conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor flexibilidad en vencer la inercia cuando está en reposo, o sea, tiene un torque excelente, pero tiene una dificultad, y es que no está construido para uso continuo o permanente.
Otra dificultad de los motores universales, en lo que a radio se refiere, son las chispas del colector (chisporroteos) y las interferencias de radio que ello lleva consigo o ruido. Esto se puede reducir por medio de los condensadores de paso, de 0,001 μF a 0,01 μF, conectados de las escobillas a la carcasa del motor y conectando ésta a masa. Estos motores tienen la ventaja que alcanzan grandes velocidades pero con poca fuerza, los motores universales además de ser más ecológicos gastan menos electricidad.
Figura: Motor universal.PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR ELÉCTRICODentro de las características de los motores eléctricos estos se encuentran formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: estator, carcasa, base, rotor, caja de conexiones, tapas y cojinetes.
PARTES CONSTITUTIVAS DE UN MOTOR
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Estator: Es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación de motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente, existen dos tipos de estatores
Estator de polos salientes Estator ranurado
El estator esta constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio, que tienen la habilidad de permitir que pase a traves de ellas el flujo magnetico con facilidad; la parte mecánica y los devanados preveeen los polos magnéticos. Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10 etc.) por ello el minimo de polos de un motor para funcionar son dos (un norte y un sur).
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Rotor: Es el elemneto de transferencia mecánica ya que de el depende la conversion de energía eléctrica a mecánica. Los rotores son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete y pueden ser básicamnete de tres tipos.
Rotor ranurado Rotor de polos salientes Toro jaula de ardilla
Figura: diferentes tipos de rotores
Carcasa: Es la parte que cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricacion depende del tipo de motor de su diseño y de su aplicación. Asi pues la carcasa puede ser:
Totalmente cerrada Abierta A prueba de goteo A prueba de explosiones De tipo sumergible
Base: Es el elemento donde se soporta toda la fuerza mecánica de aperación del motor poede ser de dos tipos:
Base frontal Base lateral
Tapas: Son los elementos que van a sostener en la gran mayoria de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor
Cojinetes: Tambien conocidos como rodamientos, contribuyen a la optima operación de las partes giratorias del motor, se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos y para reducir la friccion, lo que contribuye a lograr que se consume menos potencia. Los cojinetes se pueden se pueden dividir:
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Cojinetes de deslizamiento: Operan en base al principio de la pelicula de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.
Figura: Cojinete de deslizamiento
Cojinetes de rodamiento: Se utiliza con preferencia en vez de los cojinetes con rodamiento por varias razones:
Tienen menor coeficiente de friccion especialmente en el arranqueSon compactos en sus diseñosTienen una alte presicion de operación No se desgastan tanto como los cojinetes deslizantesSon faciles de reemplazar
Figura: cojinete de rodamientos.
CALCULO DE POTENCIA EN MOTORES
La potencia es la rapidez con que se efectúa un trabajo, por lo que es necesario definir en la aplicación de un motor la potencia que se le va a demandar. Para determinar la potencia de los motores eléctricos utilizamos la formula:
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Donde:
P= Potencia#F= Numero de fasesV= TensiónI= CorrienteF.P= Factor de potencia
ACONTINUACION SE PRESENTA FORMULARIO PARA CALCULO DE CORRIENTES, POTENCIAS, VOLTAJES, FACTOR DE POTENCIA, POTENCIA APARENTE.
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FORMULAS USUALES
CORRIENTECONTINUA
CORRIENTE ALTERNAUNA FASE DOS FASES TRES FASES
Amperes Conociend
o H.P.
Amperes Conociend
o KW
Amperes Conociend
o KVAKW
KVA
PotenciaEn la
Flecha H.P.Factor dePotencia
Unitario
I= Corriente en Amperes KW= Potencia en KWV= Voltaje KVA= Potencia aparente η= Eficiencia expresada en decimales 0.85 F= FrecuenciaH.P.= Potencia en caballos R.P.M.= Revoluciones por minuto R.P.M.= F x 120F.P= Factor de potencia P= # de polos. P
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CONEXIONES DE MOTORES
Existen conexiones básicas en los circuitos trifásicos, una de ellas es la llamada “conexión estrella” y la otra “conexión delta”
Conexión Estrella: En las conexiones trifásicas, ya sea la denominada estrella o delta, es importante establecer las relaciones entre los voltajes y corrientes en la salida de cada conexión con respecto con respecto a las mismas cantidades, pero en el interior
La relación entre los voltajes de fase y los de línea para esta conexión es la siguiente:
Las corrientes IA, IB, Ic son las corrientes de línea, pero son las mismas que circulan por cada fase para un sistema balanceado se tiene:
(En magnitud)
Para la conexión estrella la potencia por fase es:
La potencia para las tres fases es
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;
Conexión Delta: Esta conexión también es conocida como instalación triangulo, por la forma que tiene su representación, es una conexión cerrada debido a que se conecta al final de una fase con el principio de la otra.
Los voltajes VAB, VBC, y VAC se conocen como los voltajes de línea y son iguales en magnitud y están defasados 120º eléctricamente entre sí, se dice que el sistema esta balanceado
FALLAS EN LOS MOTORES ELÉCTRICOS
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LAS FALLAS MÁS COMUNES EN MOTORES MONOFÁSICOS SON:
Falla a tierraMotor no arrancaFalla en interruptor centrifugoCapacitor de arranque dañado o devanado de arranque dañadoMotor amarrado por rodamientos dañadosMotor en corto (embobinado dañado)Motor hace ruido por rodamientos dañadosMotor vibra mucho por rodamientos dañados, rotor o polea desbalanceadaMotor con sobrecorrienteInterruptor centrífugo no se desconectaTransmisión forzada o exceso de cargaMotor gira en sentido contrario, las puntas del devanado de arranque estan invertidas con respecto a las de trabajo.
AVERIAS MÁS FRECUENTES Y REPARACIÓN DE LAS MISMAS
1. Falla a tierra
Se dice que un circuito esta a tierra cuando la corriente sale de su trayectoria normal y se hacia la carcasa del motor. Esta falla es causada cuando el aislamiento se rompe o falla, o bien es dañado y hace contacto con la carcasa del motor. Un método elemental para probar un motor contra fallas la tierra, contra circuitos abiertos o contra corto circuito, es mediante el uso de una lámpara de prueba
2. El motor no arranca.a) Fusible fundidob) Cojinete desgastadoc) Sobrecargad) Fase interrumpidae) Bobina u grupo de bobinas con cortocircuito entre espirasf) Barras rotóricas flojasg) Conexiones internas erróneash) Cojinetes dañados
3. El motor no funciona correctamentea) Fusible fundido
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b) Cojinete desgastadoc) Fase con la polaridad invertidad) Bobina con cortocircuito entre espirase) Conexión en paralelo interrumpidaf) Arrollamiento con contacto a masag) Barras rotóricas flojash) Tensión o frecuencia incorrecta
4. El motor gira despacioa) Bobina u grupo de bobinas con cortocircuito entre espirasb) Bobina u grupo de bobinas con la polaridad invertidac) Cojinete desgastadod) Sobrecargae) Fase con la polaridad invertidaf) Barras rotóricas flojas
5. El motor se calienta excesivamentea) Sobrecargab) Cojinete desgastado o ajustados con excesoc) Bobina u grupo de bobinas con espiras en cortocircuitod) Funcionamiento como monofásicoe) Barras rotóricas flojas.
Fusible fundido: Se quita cada fusible y se verifica con la lámpara de prueba o mediante continuidad, si la lámpara se enciende el fusible es bueno, para comprobar si se trata efectivamente de dicha anomalía, párese el motor e inténtese volverlo a poner en marcha. Si el motor no arranca, señal de que uno de los fusibles está dañado.Cojinetes desgastados: Cuando los cojinetes están desgastados, el rotor roza contra el estator y la marcha del motor es ruidosa, si el desgate de los cojinetes estal que el rotor queda descansando plenamente sobre el núcleo estatórico, la rotación del motor es imposible
Sobrecarga: Para saber si el motor trabaja sobrecargado, quítese la corriente del motor y trátese de hacer girar a mano el árbol al que va acoplada la carga. Es frecuente que dicho árbol no pueda girar por algún mecanismo roto o sucio que lo impide, otro sistema consiste en conectar un amperímetro en serie con cada línea de alimentación si la indicación del instrumento es superior al valor indicado en la placa de datos, el motor trabaja probablemente sobrecargado.
Fase interrumpida: Si se produce alguna interrupción en un arrollamiento mientras el motor se halla en marcha, este continuara funcionando aunque desarrollara
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menos potencia; la interrupción puede estar localizada en una bobina o en la conexión entre dos grupos de bobinas. Normalmente esta ocasionada por la rotura de un hilo o por falso contacto en una conexión.
Bobina o grupo de bobinas con espiras en cortocircuito: los cortocircuitos entre espiras determinan una marcha ruidosa del motor y el desprendimiento de humo, cuando el esmalte aislante se desquebraja, entran varias espiras en contacto directo y la bobina afectada se caliente intensamente hasta que termina por quemarse.
Bobinas rotóricas flojas: Dan lugar a un funcionamiento del motor, a una pérdida de potencia en el mismo y la producción de chispas entre las barras y los aros frontales de jaula de la ardilla, si estas barras están flojas y dejan de establecer un buen contacto con dichos aros, el motor funciona en malas condiciones e incluso puede no funcionar del todo.
Las barras rotóricas flojas pueden descubrirse por simple inspección visual o bien haciendo girar el rotor por encima de una bobina de prueba. Cada vez que pasa una barra se notará una vibración de la hoja de sierra, de no ser así la barra no está afectada. La solución consiste en volver a soldar todas las barras flojas.
Conexiones internas erróneas: Un buen sistema para saber si las conexiones internas de un motor son correctas o no, consiste en desmontar el rotor, colocar una bola de cojinete de gran tamaño en el interior del estator y cerrar el interruptor de alimentación del arrollamiento estatórico. Si las conexiones internas son correctas, la bola girara por el interior del núcleo del estator, si las conexiones internas son erróneas, la bola permanecerá en reposo.
Cojinetes agarrotados: Cuando la parte de eje gira dentro de un cojinete está falto de lubricación, el eje se calienta intensamente y se dilata hasta el punto de quedar inmovilizado en el cojinete. En muchos casos el cojinete se funde y queda soldado con el eje, haciendo con ello imposible el movimiento, entonces se dice que los cojinetes están agarrotados. Para eliminar estas anomalías pruébese a desmontar ambos escudos; el que cueste más sacar será el que lleve el cojinete defectuoso
Arrollamiento con contacto a masa: Esto se nota por la sacudida que se recibe al tocar cualquier parte metálica del motor mientras se halla conectado. Si los contactos a masa son más de uno, se produce un cortocircuito el cual quema el arrollamiento o eventualmente quema un fusible. La presencia de esta avería se detecta con la lámpara de prueba. La reparación se efectúa rebobinando el arrollamiento entero o bien reemplazando la bobina defectuosa.
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Fase con la polaridad invertida: esta anomalía queda puesta de manifiesto por que el motor gira a una velocidad inferior a la de régimen y emite un ronquido característico. Se comprobaran todas las conexiones mediante el esquema correspondiente, y se reharán las que sean erróneas.
Conexión en paralelo interrumpida: Se traduce por un zumbido característico del motor y por la dificultad que este experimenta a arrastrar la plena carga.
TIPOS DE ARRANQUE DE MOTORES
Si se conecta directamente a la red un motor trifásico con rotor de jaula de ardilla, la corriente de arranque absorbida será varias veces superior a la corriente nominal de régimen. Cuando el motor es pequeño este efecto pasa prácticamente inadvertido, y por ello pueden emplearse arrancadores de conexión directa; por el contrario, cuando el motor es grande, la acción brusca de intensa corriente de arranque puede ser perjudicial para la maquinaria impulsada por el motor y en consecuencia es preciso emplear un tipo de arrancador que mantenga dicha corriente por debajo de cierto límite de seguridad. La necesidad de este aparellaje de arranque depende en gran parte de la construcción del motor y del uso a que está destinado.
Se describirán los siguientes tipos de aparellaje de arranque a tensión reducida: compensadores (autotransformadores), arrancadores en estrella triangulo y arrancadores de arrollamiento parcial.
Compensadores (autotransformadores): Si bien los arrancadores provistos de reóstatos están muy extendidos, resulta mucho más satisfactorio el empleo de autotransformadores para conseguir el arranque a tensión reducida. La principal ventaja de estos es que efectúan la reducción de tensión sin pérdida sensible de energía, mientras los reóstatos consumen una energía apreciable, que se transforma en calor.
Un autotransformador no es más que una bobina de hilo arrollado alrededor de un núcleo de chapas magnéticas. De las bobinas salen varias tomas o derivaciones al exterior, al objeto de captar diferentes tensiones. Los compensadores normalmente constan de tres autotransformadores, uno para cada fase de alimentación conectados entre sí en estrella como se muestra en la figura (a). Si cada bobina autotransformadora tiene una derivación central y con estas tres derivaciones se alimenta un motor trifásico, este recibirá únicamente la mitad de la tensión de la
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red; en estas condiciones, la corriente de arranque absorbida se reduce considerablemente.
La mayoría de los autotransformadores llevan dos o tres tomas exteriores, al objeto de poder aplicar al motor distintas tensiones de arranque. Deberá elegirse siempre la que proporcione un par de arranque más satisfactorio y una corriente de arranque más pequeña.
Figura (a): Conexión de un compensador normal en el momento de arranque
La mayoría de los compensadores tienen contactos sumergibles en aceite. De esta manera se extingue más eficazmente el arco que se forma entre contactos cuando la manecilla cambia de posición, y en consecuencia se evita el deterior de los mismos.
Cuando la manecilla se halla en la posición de SERVICIO, una bobina de retención, conectada entre dos fases del motor, queda excitada y mantienen aquella en su emplazamiento. Para detener el motor basta oprimir el botón pulsador PARO; esto interrumpe el circuito de la bobina y libera la manecilla, en caso de sobrevenir un corte de energía o disminución de tensión en la red la bobina de retención deja de mantener la manecilla en la posición de SERVICIO.
En las figuras (b) y (c) se observan los esquemas general y simplificado de un compensador trifásico corriente de accionamiento manual.
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Figura (b): Esquema general de un compensador trifásico corriente (con tres autotransformadores) de accionamiento manual
Figura (c): Esquema simplificado correspondiente al compensador de la figura (b)
Funcionamiento: Primero se sitúa la manecilla en la posición de arranque, con el cual lo juego de contactos móviles cierra el juego de contactos fijos S y determina el arranque del motor a través de los autotransformadores, a sea a tensión reducida. Una vez que el motor ha adquirido un acierta velocidad, se empuja rápidamente la manecilla en sentido opuesto, lo cual hace que el juego de contactos móviles cierre ahora el juego de contactos fijo R que conecta al motor directamente a la red. La bobina de retención y de protección contra subtensiones
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esta derivada entre dos fases del motor y unida en serie con los contactos del pulsador de PARO y los relés de sobre carga.
Al oprimir dicho botón pulsador la bobina de retención se desexcita y libera la manecilla, que en su movimiento de retroceso desplaza los contacto móviles a la posición de FUERA DE SERVICIO.
También se fabrican compensadores con solo dos autotransformadores en vez de tres; sirven indistintamente para la maniobra de motores bifásicos ó trifásicos (figura f) El funcionamiento del compensador es en este último caso como sigue: al situar la manecilla en posición de ARRANQUE, la fase L2 queda aplicada directamente al motor y las fases L1 y L3 a cada uno de los dos autotransformadores, respectivamente. Puesto que una de la toma disponible en cada autotransformador queda conectada al respectivo terminal libre del motor, este arrancara con tensión reducida. Una vez efectuada la puesta en marcha y con el motor ya acelerado, se pasa rápidamente a la manecilla a la posición de SERVICIO, donde queda retenida por acción de la bobina.
La figura (f) muestra la conexión que establece durante el periodo de arranque, la cual se denomina con el nombre de triangulo abierto.
Figura (f): Conexión en triangulo abierto que se establece durante el arranque de un motor trifásico con un compensador provisto de dos autotransformadores.
Existen también compensadores de accionamiento automático, que en esencia son iguales que los anteriormente descritos; la diferencia estriba en el cierra magnético de los contactos y en la presencia de un mecanismo de retardo que conecta el motor a plena tensión de la red tras varios segundos de marcha a tensión reducida. La principal ventaja de estos compensadores es que pueden maniobrarse por medio de simples pulsadores desde una estación emplazada a la distancia que convenga.
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La figura (g) reproduce el esquema general de un compensador automático. Su principio de funcionamiento es muy parecido al de un arrancador automático con reóstato primario; la única diferencia básica entre ambos es que la reducción de tensión durante el arranque se efectúa con autotransformadores, en vez de resistencias. El compensador está provisto de tres autotransformadores, tres juegos de contactos (arranque, servicio y estrella), un relé neumático de retardo, dos o tres relés térmicos y un termostato para proteger los autotransformadores de cualquier sobrecalentamiento.
Figura (g): Esquema general de un compensador automático para la maniobra de motores trifásicos
S= Contacto de arranqueR= Contacto de servicioY= Contacto de estrella.AT= AutotransformadorOTT= Termostato de sobrecalentamientoTR= Relé neumático de retardoTO= Contacto normalmente cerrado del relé de retardoTC= Contacto normalmente abierto de relé de retardoRT= Contacto de relé de término
NOTA: Si se usa un sistema de control independiente, quítense los puntos J1 y J2
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Los contactores de servicio y de estrella mecánicamente solidarios. El esquema del circuito de control figura (h) ayuda a comprender el funcionamiento.
Figura (h): Esquema del circuito de control de compensador representado en la figura (g)
Al apretar el botón pulsador de ARRANQUE se excitan las bobinas S e Y, que cierran respectivamente los contactos de arranque y de estrella. Estos últimos unen entre si los extremos libres de los autotransformadores, formando así el centro de la estrella. El motor queda alimentado a través de los autotransformadores, y arranca a tensión reducida. Transcurrido el intervalo de tiempo prefijado, el relé neumático de retardo TR abre el contacto TO durante un breve instante, con los cuales se desexcita la bobina Y, que abre los contactos de estrella Y e interrumpe esta última; en este cortísimo intervalo de tiempo los autotransformadores actúan como simples reactancias. El relé de retardo cierra ahora el contacto TC, que excita la bobina R, y el motor queda entonces conectado a la plena tensión de la red. La transición de régimen de arranque al de servicio se efectúa sin interrumpir el circuito de alimentación del motor: de ahí que este compensador se llame de transición cerrada. Un contacto auxiliar Y, normalmente cerrado, en serie con la bobina de servicio R, evita que esta última pueda excitarse mientras la bobina Y mantiene cerrada la estrella. Si ocurre una sobrecarga prolongada o se aprieta el pulsador de PARO, el circuito de control queda interrumpido, los contactos de servicio se abren y el motor se detiene
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Arrancadores estrella-triangulo: Este sistema de arranque sólo puede aplicarse a motores trifásicos conectados en triangulo.
Cuando las fases del arrollamiento estatórico están unidas en triángulos, al conectar el motor a una red trifásica, (figura i) cada fase recibirá la plana tensión de la red.
Figura (i): En un motor conectado en delta, cada fase recibe la plena tensión de la red
Si las fases del mismo motor se reconectan ahora en estrella y se alimentan este con las misma red de antes, cada fase solo recibirá el 1/ = 0.58= 58% de la plena tensión, (figura 5.69). Por consiguiente, si el motor se conecta en estrella durante el arranque y luego se conecta en triangulo para el servicio normal, es evidente que la puesta en marcha tendrá lugar a tensión reducida. Esta maniobra se efectúa con auxilio de arrancadores estrella/triangulo; para ello es preciso que salgan al exterior del motor las seis terminales de la tres fases. El cuadro de la de la figura (j) indica las conexiones a realizar en cada caso.
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L1 L2 L3 ÚnanseArranque T1 T2 T3 T4 T5 T6
Servicio T1 T6 T2 T4 T3 T5 ----------
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Figura (j): Si el motor de la figura (i) se reconecta en estrella, cada fase recibirá únicamente el 58 % de la tensión de la red.
Los arrancadores estrella-triangulo pueden ser de accionamiento manual o bien automático, por medio de pulsadores. La figura (K) muestra el esquema de un arrancador manual, constituido por un conmutador tripolar de dos posiciones. Una vez cerrado el interruptor de alimentación, se pasa al conmutador, inicialmente abierto, a la posición de arranque S. Las terminales T4, T5 y T6 quedan así unidos conjuntamente, formando el centro de la estrella, y las terminales T1, T2, y T3, a las respectivas líneas de alimentación L1, L2, y L3, el motor queda, pues conectado en estrella y arranca a una tensiona aproximadamente igual al 58% de la nominal. Cuando el motor ya sea acelerado suficientemente, se pasa el conmutador a la posición de servicio R, con lo cual se realiza la conexión de las terminales T2-T4, T3-T5 y T6-T1 a la vez que se interrumpe el centro de la estrella; queda asi formado el triangulo, y el motor trabaja ahora a plena tensión de la red.
Figura (k): Esquema de un arrancador estrella triangulo de accionamiento manual
La figura 5.71 muestra el esquema de un arrancador estrella-triangulo de accionamiento automático, y del tipo llamado de transición abierta, con ello se
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indica que el motor queda desconectado momentáneamente de la red durante un breve intervalo de transición de estrella a triangulo. Estos arrancadores también se fabrican del tipo de transición cerrada. Tal efecto se consigue intercalando resistencias en los puntos de desconexión durante el periodo de transición, las cuales mantienen entonces los circuitos cerrados. El funcionamiento de transición abierta es el siguiente; al apretar el pulsador de ARRANQUE se excitan las bobinas S, 1M y TR. La primera cierra los contactos S, que unen entre si las terminales T4, T5, y T6, y la segunda cierra los contactos 1M, que conectan las terminales T1, T2, y T3, a la red, el motor arranca pues en estrella. Simultáneamente la bobina TR pone en marcha el mecanismo de relé de retardo. Transcurrido cierto tiempo, el contacto normalmente cerrado TO del relé de retardo. Transcurrido cierto tiempo, el contacto normalmente cerrado TC del mismo se cierra. El primer desexcita la bobina S e interrumpe, por tanto el centro de la estrella; el segundo excita la bobina 2M, que abre los contactos 2M. Con ello quedan unidas conjuntamente las terminales se T2-T4, T3-T5 y T6-T1 se forma el triangulo, y cada fase del motor recibe la plena tensión de la red. Al oprimir el botón pulsador paro se desexcitan todas las bobinas, y el motor queda sin alimentación por apertura de los contactos 1M y 2M. Los contactores S y 2M están enlazados mecánicamente y eléctricamente.
Arrancadores con arrollamiento parcial: Estos arrancadores son normalmente de dos etapas de aceleración, y puedan aplicarse a motores trifásicos de arrollamiento parcial, tanto conectados en estrella como en triángulo.
La muestra el esquema general de un arrancador automático de arrollamiento parcial conectado a un motor trifásico con nueve terminales exteriores y fases estatóricas en estrella. Uniendo exteriormente las terminales T4, T5, y T6 se forman dos estrellas iguales en el estator. Al conectar las terminales T1, T2, y T3, a L1, L2, y L3 respectivamente, queda en servicio la primera estrella o sea la mitad del
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arrollamiento, conectando seguidamente también T7, T8, y T9, a L1, L2, y L3 quedan en servicio las dos estrellas, con sus respectivas fases homologas en paralelo. El circuito de control funciona del modo siguiente: Al oprimir el pulsador de ARRANQUE se excitan las bobinas 1M y TR; la primera cierra los contactos de arranque, haciendo que los terminales T1, T2, y T3 del primer arrollamiento parcial queden conectados a la red y poniendo el motor en marcha; la segunda acciona el mecanismo del relé de retardo. Transcurrido un breve intervalo de tiempo, el contacto TC del relé se cierra y con ello excita la bobina 2M; ésta conecta a la red los terminales T7, T8, y T9 del segundo arrollamiento parcial. La corriente y la potencia total absorbidas por el motor se reparten equitativamente entre las ramas de la doble estrella.
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TRANSFORMADORES
INTRODUCCIÓN
Una de las máquinas eléctricas que desempeña un papel fundamental en el proceso de utilización de la energía es el llamado TRANSFORMADOR. Debido a que los centros de generación de energía se encuentran distantes de los centros de consumo lo que hace necesario que esta energía se transmita en cientos de kilómetros, para poder hacer esto es necesario el uso de transformadores que en este caso tiene la función de elevar los voltajes de generación a voltajes apropiados para la transmisión.
De igual forma los voltajes usados en la transmisión no son apropiados para la utilización en las distintas aplicaciones de la energía eléctrica y es necesario entonces reducirlos a distintos niveles adecuados a cada aplicación, esto requiere el uso de transformadores reductores, estos como los elevadores se les denomina transformadores de potencia.
La invención del transformador data del año 1884 para ser aplicados en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas.
El primer sistema comercial de corriente alterna que usaba transformadores se puso en operación en los Estados Unidos de América, en el año de 1886 en Great Barrington, Mass, en ese mismo año, la potencia eléctrica se transmitió a 2000 Volts en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros en una línea construida en Cerchi Italia.
A partir de estas pequeñas aplicaciones la industria eléctrica en el mundo ha crecido de tal forma que en la actualidad es factor de desarrollo en los pueblos formando parte importante el transformador.
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DEFINICION
El transformador, es un dispositivos que no tiene partes móviles que permiten la transferencia de energía eléctrica partiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador. Bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo. Principios de inducción electromagnética.Como se sabe la electricidad produce un magnetismo e un electroimán, que es distinto a un imán permanente ya que el campo magnético se produce solo cuando las espiras de alambre arrolladas alrededor del núcleo magnético transportan la corriente eléctrica Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas.
El proceso de inducción electromagnética se lleva a cabo a partir de cuando se induce un voltaje en una bobina cuando un iman permanente se mueve alternativamente hacia dentro y hacia y hacia fuera a este proceso se le conoce como “inducción electromagnética” del cual podemos destacar lo siguientes puntos:
1. Cuando el imán permanente no se mueve dentro de la bobina, no se produce voltaje.
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2. Si el iman permanente se mueve hacia fuera de la bobina, el volmetro muestra un voltaje en una polaridad (se dice que la corriente fluye en una dirección)
3. Si el iman permanente se mueve hacia el interior de la bobina, el volmetro muestra un voltaje en la otra polaridad (se dice que la corriente fluye en la otra dirección)
Cuando el imán permanente se mueve hacia el interior de la bobina el campo se hace intenso y cuando se mueve hacia fuera se debilita por su puesto que si el imán no se mueve en la bobina no existe cambio en el campo magnético y no se induce ningún voltaje en la bobina.
Principio de inducción electromagnética
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR
El principio de funcionamiento del transformador se pude explicar por medio del transformador ideal llamado transformador monofásico es decir una máquina estática que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica.
Un transformador esta constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado o sobre cuyas columnas o piernas se localizan dos devanados uno denominado devanado primario el cual recibe la energía y el otro llamado devanado secundario que se cierra sobre un circuito de utilización el cual entrega la energía.
Los dos devanados se encuentran aislados eléctricamente entre si.
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Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns).
La razón o relación de transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.
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Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.
Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
EFECTOS DE LA FRECUENCIA Y EL FLUJO
Si se aplica una onda senoidal de voltaje en el primario el flujo variara también en forma senoidal el voltaje promedio inducido esta dado como:
Donde:
N: Es el número de espiras : Flujo en webers T: Tiempo en segundos
Cuando el flujo se expresa en líneas o maxwell la ecuación anterior se puede expresar como:
La variación senoidal del flujo con respecto con respecto al tiempo se muestra en la siguiente figura:
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T es la frecuencia de la onda expresada en hertz (Hz), un ciclo completo ocurre en 1/F segundos, de manera que un ciclo de inda de 60 Hz el tiempo que toma para 1/4F o 1/240 segundos. De la figura anterior se observa que el cambio en el flujo durante el primer cuarto del ciclo va de cero líneas al máximo de líneas. El cambio ocurre durante cada cuarto de ciclo o durante el tiempo T= ¼ F. El voltaje promedio inducido tiene por lo tanto el mismo valor durante cada cuarto de ciclo y es necesario considerar solo esta porción de la onda sustituyendo esta consideración en la ecuación tenemos lo siguiente:
Como por lo general se miden los valores promedio de los voltajes la ecuación anterior se expresa de manera que de manera que se apliquen los valores efectivos o cuadráticos medios para el voltaje, la relación del valor eficaz del al valor promedio es de 1.11 en otras palabras el valor eficaz de E es igual a 1.11 Eprom de tal manera que la ecuación para el voltaje es de
Si esta ecuación se aplica a los devanados primarios y secundarios de un transformador queda como
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RELACION DE CORRIENTE
Si se conecta una carga al secundario del transformador el voltaje inducido E2 hace que circule una corriente I2 en el devanado secundario
Debido a la circulación de corrientes, se tiene en el devanado secundario una fuerza Magnetomotriz (FMM) N2 I2, es conveniente recordar que en el voltaje inducido E1 es siempre directamente proporcional al flujo y también es igual al voltaje aplicado V1, considerando como antes todos estos valores eficaces dado que el voltaje aplicado no cambia, el flujo en el núcleo debe ser constante, cualquier incremento en la corriente secundaria, será balanceado por una corriente en el primario de manera que el flujo de energización producida por la corriente en el primario tendrá un valor efectivo constante.
En los transformadores de potencia de valor relativamente pequeño, se puede decir que prácticamente que el flujo que eslabona el devanado primario, es el mismo que eslabona al secundario y de aquí que la corriente de vacio o de energización representa solo el 2% o 3% de la corriente primaria de plana carga y se puede decir que los amperes-espira del primario son iguales a los amperes-espira del secundario, es decir:
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POTENCIAS Y EFICIENCIAS DE LOS TRANSFORMADORES
Un transformador es esencialmente dos solenoides o inductancias sobre un mismo núcleo, por consiguiente existirá un desfase entre la tensión y la corriente que atraviesa ambos devanados.
Las potencias de entrada y salida son:
Entrada
Salida
;
El rendimiento del transformador η es igual:
También existen pérdidas en el núcleo debidas a las corrientes parásitas y a la histéresis, y pérdidas en los devanados debido al efecto Joule. Todas estas pérdidas se manifiestan en forma de calor, y disminuyen el rendimiento del transformador, por consiguiente, el rendimiento real también se puede expresar como:
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Los rendimientos reales que se observan en los transformadores son altos (al no tener entrehierros como las máquinas rotativas,) y mejoran con el tamaño del transformador (entre un 80% y un 98%)ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UN TRANSFORMADOR
1. Núcleo de circuito magnético2. Devanados3. Aislamiento 4. Aislante5. Tanque o recipiente6. Boquillas ganchos de sujeción 7. Válvula de carga de aceite8. Válvula de drenaje9. Tanque conservador10.Tubos radiadores 11.Ba para rolar 12.Placa de tierra 13.Placa de características 14.Termómetro 15.Manómetro 16.Cambiador de derivaciones Taps
CLASIFICACION DE LOS TRANSFORMADORES
Los transformadores se pueden clasificar por: 1. La forma de su núcleo
Tipo de columnasTipo de acorazadoTipo de envolventeTipo radial
2. Por el número de fasesMonofásicos Trifásicos
3. Por el número de devanadosDos devanados
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Tres devanados
4. Por el medio refrigeranteEn aireEn aceiteEn líquido inerte
5. Por el medio enfriamientoEnfriamiento OAEnfriamiento OWEnfriamiento OW/AEnfriamiento OA/AFEnfriamiento OA/AF/FAEnfriamiento FOAEnfriamiento OA/FA/FOAEnfriamiento FOW
6. Por regulaciónRegulación fijaRegulación variable con cargaRegulación variable sin carga
7. Por la operaciónDe potenciaDe distribución De instrumentoDe horno eléctrico
Vista de algunos transformadores
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TIPOS DE TIPOS DE TRANSFORMADORES
Se denominan transformadores para instrumento los que se emplean para alimentación de equipos de medición de equipos de medición, control o protección. Los transformadores para instrumento se dividen en dos clases.
1. Transformadores de corriente2. Transformadores de potencial
TRANSFORMADORES DE CORRIENTESe conoce como transformadores de corriente aquel cuya función principal es cambiar el valor de la corriente de uno más o menos elevado a otro con el cual se puede alimentar instrumentos de medición, control o protección, como ampérmetros, wattmetros, instrumentos registradores, relevadores de sobrecorriente, etc.
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Su construcción es semejante a la de cualquier transformador, ya que fundamentalmente consiste de un devanado primario y un devanado secundario. La capacidad de estos transformadores es muy baja, se determina sumando las capacidades de los instrumentos y puede ser 15, 30, 50, 60 y 70 VA.
Estos transformadores son generalmente de tamaño reducido y el aislamiento que se emplea en su construcción tiene que ser de muy buena calidad, pudiendo ser en algunos casos resinas sintéticas (compound), aceite o líquidos no inflamables.
Como estos transformadores normalmente van a estar conectados en sistemas trifásicos, las conexiones pueden hacerse con ellos son las conexiones normales trifásicas entre transformadores (delta-delta, delta-estrella, etc.) Es muy importante que en cualquier conexión trifásica se conecten correctamente los devanados de acuerdo con sus marcas de polaridad y siempre conectar el lado secundario a tierra
Hay transformadores de corriente que operan con corrientes relativamente bajas; estos transformadores pueden construirse sin devanados primario, ya que el primario lo constituye la línea a la que van a conectarse. En este aso, a los transformadores se le denomina tipo dona.
La representación de un transformador de corriente en un diagrama unifilar es el siguiente:
Adicionalmente lo anterior se debe verificar lo siguiente:
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Vista anterior de un interruptor en gran volumen de aceite mostrando los transformadores de corriente montados en boquilla.
Las relaciones de transformación son de diferentes valores, pero la corriente en el devanado secundario normalmente es de 5 amperes.
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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL
Se denominar transformador de potencial aquel cuya función principal es transformar los valores de voltajes sin tomar en cuenta la corriente. Estos transformadores sirven para alimentar instrumentos de medición, control o protección que requieren señales de voltaje
Los transformadores de potencial se construyen con un devanado primario y otro secundario; su capacidad es baja, ya que se determina sumándolas capacidades de los instrumentos de medición que se van alimentar y varían de 15 a 60 VA. Los aislamientos empleados son de muy buena calidad y son en general los mismos que se usan en la fabricación de los transformadores de corriente.
Se construyen para diferentes relaciones de transformación, pero el voltaje en el devanado secundario es normalmente de 115. Para sistemas trifásicos se conectan en cualquiera de las conexiones trifásicas conocidas, según las necesidades. Debe tenerse cuidado de que sus devanados estén conectados correctamente de acuerdo con sus marcas de polaridad
Representación de un transformador de potencia en un diagrama unifilar:
Los transformadores de instrumento tienen diferente precisión de acuerdo con el empleo que se les de. A esta precisión se denomina clase de precisión.
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AISLAMIENTOS EN LOS TRANSFORMADORES
Como en la mayoría de las máquinas eléctricas igualmente los transformadores dependen del comportamiento de su aislamiento para las condiciones normales de operación, por lo que las normas nacionales e internacionales han designado básicamente cuatro tipos de aislamientos con especificaciones y limites de temperatura. Esta clasificación es la siguiente:
Aislamiento clase A. diseñado para no operar a más de 55 ºC de elevación de temperatura, que es el próximo al punto de ebullición del agua, pero en el caso de los transformadores tipo seco, previene accidentes con materiales combustibles en el área con el transformador.
Aislamiento clase B. La elevación de la temperatura no puede exceder los 80 ºC en las bobinas, por lo general estos transformadores son más pequeños que los que usan aislantes clase A.
Aislamiento clase F. Esta clasificación se relaciona con elevaciones de temperatura en las bobinas de hasta 115 ºC por lo general, corresponden a transformadores pequeños tipo distribución hasta 25 ºC.Aislamiento clase H. Esta clase de materiales aislantes permiten diseñar para elevaciones de temperatura hasta de 150 ºC cuando el transformador esta operando a una temperatura ambiente de 40 ºC para que alcance hasta 190 ºC y con el punto más caliente no exceda a 220 ºC los materiales aislantes de clase H consisten de materiales o combinaciones de materiales, tales como: Mica, fibra de vidrio, asbestos, elastómeros y silicones o resinas a base de estos. En la actualidad, la mayoría de los transformadores tipo seco usan aislamiento tipo H. Las normas americanas ANSI y NEMA establecen que un aislamiento tipo H puede operar a 150 ºC hasta por 20 000 horas.
METODOS DE ENFRIAMIENTO
Para prevenir el rápido deterioro de los materiales aislante dentro de un transformador, se deben proveer los medios de enfriamientos adecuados, tanto para el núcleo como para los devanados.
Los transformadores de potencia inferiores a 50 KVA, se pueden enfriar por medio del flujo de aire circundante a los mismos. La caja metálica que los contiene se puede habilitar con rejillas de ventilación, de manera que las corrientes de aire puedan circular por convección sobre los devanados y alrededor del núcleo. Los
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transformadores un poco mayores se pueden construir de la misma manera, pero se puede usar circulación de aire forzada de aire limpio.
Los trasformadores del top de distribución menores de 200 KVA, están usualmente inmersos en aceite mineral y encerrado en tanques de acero. El aceite transporta el calor del transformador hacia el tanque, donde es disipado por radiación y convección hacia el exterior del transformador. Debido a que el aceite es mejor aislante que el aire, se usa invariablemente en los transformadores de tensión.
De acuerdo a lo anterior, los tipos de enfriamiento para transformadores se clasifican como sigue:
Enfriamiento tipo AA. Para transformadores tipo seco de voltajes nominales no mayores a 115 Kv y pequeñas capacidades, que tienen enfriamiento propio y no contiene aceite ni otros líquidos
Enfriamiento tipo AFA. Es un transformador tipo seco con enfriamiento de aire forzado
Enfriamiento tipo OW. Estos transformadores hoy en día no son comunes, están sumergidos en aceite y son enfriador por agua, que se conduce a través de serpentines que se encuentran en contacto directo con el aceite. El aceite circula por convección natural, alrededor de los serpentines.
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Enfriamiento tipo OA. Como se menciono antes, estos transformadores están sumergido en aceite i tienen enfriamiento propio, se usan en capacidades mayores a 50 KVA. El tanque que contiene al transformador y al aceite, con el objeto de que tenga una mayor capacidad de disipación de calor, puede estar corrugado o tener tubos radiadores.
Enfriamiento tipo OA/FA. En la medida que la capacidad de los transformadores se incrementa, se agregan radiadores externos para aumentar la capacidad de radiación. El aceite se mueve a través del transformador y circula alrededor de los tubos radiadores
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Transformador enfriado por aceite con circulación forzada de aire de enfriamiento OA/FA Algunos transformadores grandes se diseñan para tener una capacidad variable, según el tipo de enfriamiento usado, de tal forma que hay transformadores que pueden tener el triple de capacidad, dependiendo si son enfriados por: circulación natural de aire, circulación forzada de aire de enfriamiento, por medio de ventiladores o circulación forzada de aceite, acompañada de circulación forzada de aire (OA/FA/FA), o en el segundo caso FOA o bien una combinación de OA/FA/FOA.
CONTROL DEL TRANSFORMADOR
1. Temperatura del transformador2. Presión del transformador3. Nivel de aceite o liquido4. Rigidez del aceite (dieléctrica)
Control de temperatura del transformador
La temperatura de un transformador se lee por medio de termómetros de mercurio y en algunos casos, por medio de termopares colocados en los devanados que alimentan a milivólmetros calibrador en ºC
Existen varios métodos para controlar la temperatura; los más modernos son el control de temperatura por medio de dispositivos de imagen térmica con relevador T.R.O., y la protección por medio de relevador Buchholz.
El método de imagen térmica se basa en cualquier sobrecarga o corto circuito dentro del transformador se manifiesta con una variación de corriente. El dispositivo esta constituido por una resistencia de calefacción o caldeo; alrededor se encuentra una bobina cuya función es recibir la corriente de falla en los devanados, que se detecta por medio de u transformador de corriente. La corriente que circula por la bobina, al variar, crea una cierta temperatura en la resistencia, y esto se indica en un milivólmetros graduado en ºC.
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El milivólmetro se conecta por medio de un puntero a un relevador T.R.O. que consiste de tres micro-switch; el primero opera a una temperatura determinada y acciona una alarma, el segundo lo hace a una temperatura límite y acciona a la bobina de disparo del interruptor, quedando el transformador fuera de servicio
La presión en los transformadores se normalmente por medio de manómetros que pueden tener accionamiento automático
El nivel de aceite se controla mediante indicadores de nivel que también pueden tener accionamiento automático. La rigidez dieléctrica del aceite se controla tomando muestras periódicamente del aceite del transformador, por medio de la válvula de muestra que se encuentra colocad por lo general en la parte inferior del transformador.
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CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES
CONEXIÓN DELTA-DELTA
La conexión delta-delta en transformadores trifásicos se emplea normalmente en lugares donde existen tensiones relativamente bajas; en sistemas de distribución se utiliza para alimentar cargas trifásicas a 3 hilos; especialmente en aquellos casos en que se debe mantener la continuidad de un sistema. Esta conexión se emplea tanto para elevar la tensión como para reducirla
Figura: Diagrama de conexiones conexión Delta-Delta
Las relaciones fundamentales de esta conexión son las siguientes
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VA y Va son los voltajes primario y secundario del transformador A.VB y Vb son los voltajes primario y secundario del transformador B.VC y Vc son los voltajes primario y secundario del transformador C.
En la conexión delta balanceada, los voltajes entre líneas son iguales a los voltajes de fase y el diagrama vectorial correspondiente es:
El diagrama vectorial aproximado para la conexión delta-delta balanceada es el siguiente:
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IA, IB e IC representan las corrientes de línea en el primario, Ia, Ib e Ic representan las corrientes de línea en el secundario.
Se ha considerado un orden de fase a b c y las corrientes balanceadas; el valor de la corriente de línea se obtiene por la ley de los cosenos
IAB= IBC por ser un sistema balanceado
En forma análoga para el secundario:
Y en general se obtienen en forma semejante las demás corrientes
La relación de transformación es:
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CONEXIÓN DELTA-ESTRELLAEsta conexión es de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de transmisión de potencia para elevar voltajes de generación o transmisión. En sistemas de distribución (a 4 hilos) es conveniente su uso debido a que se pueden tener dos voltajes diferentes entre fase y neutro. En la siguiente figura se muestra el diagrama de conexiones:
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Las relaciones fundamentales para esta conexión se obtienen de los siguientes diagramas vectoriales aproximados
El desfasamiento entre los voltajes primario y secundario se puede observar en el siguiente diagrama vectorial:
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Los diagramas vectoriales para corrientes son los siguientes:
El desfasamiento entre las corrientes primaria y secundaria se puede observar en el siguiente diagrama vectorial:
La relación de transformación es:
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CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA
Esta conexión da un servicio satisfactorio únicamente en as cargas trifásicas balanceadas; cuando la carga se desbalancea, el neutro eléctrico estará en el centro exacto de un punto que hará desigual los tres voltajes de línea a neutro. Se emplea en tensiones muy elevadas y en instalaciones de potencia de 4 hilos. Sin embargo tiene las siguientes desventajas:
Las tensiones en las fases dependen de las cargas y las características magnéticas de los núcleos de los transformadores.
No presentar oposición a las armónicas impares; en cambio puede conectarse a hilos de retorno
En caso de fallar uno de los transformadores por alguna razón no es posible alimentar carga trifásica
Figura: Diagrama de conexiones
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Las relaciones fundamentales para esta conexión son las siguientes:
Es decir las corrientes de línea en los devanados primario y secundario son iguales a las de los correspondientes devanados para cada transformador.
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Los diagramas vectoriales son:
El valor de los voltajes entre líneas, considerando un orden de fase abc y las conexiones balanceadas, se obtienen en forma semejante que las corrientes para la conexión delta-delta.
Como el sistema eta balanceado Van=Vbn
En forma semejante para el lado secundario:
Y en general para todos los voltajes entre líneas. La relación de transformación es:
CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA
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Esta conexión se utiliza en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptores cuya función es reducir voltajes. Ya que en sistemas de distribución es poco usual; se emplea en algunas ocasiones para distribución rural a 20 KVA.
Esta conexión es contraria a la conexión a la conexión delta-estrella; por ejemplo en sistemas de potencia, la conexión delta-estrella se emplea para elevar los voltajes y la conexión estrella-delta para reducirlos; en ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de mas alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribución, esta conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribución a tres hilos
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La relación fundamental para la conexión estrella-delta se obtiene de los siguientes diagramas vectoriales aproximados:
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El defasamiento entre voltajes se puede observar en el siguiente diagrama vectorial
Las relaciones para corriente son:
En el siguiente diagrama vectorial se puede observar el defasamiento entre la corriente primaria y secundaria.
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La relación de transformación es:
CONEXIÓN DELTA ABIERTA-DELTA ABIERTA
Esta se puede considerar como una conexión de emergencia en transformadores trifásicos, ya que si en un transformador se quema o sufre una avería cualquier de sus fases, se puede seguir alimentando carga triásica operando el transformador a dos fases solo que su capacidad disminuye a un 58.8 % aproximadamente.
Los transformadores trifásicos delta abierta-delta abierta se emplean en sistemas de baja capacidad y usualmente operan como autotransformadores
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OPERACIÓN DE TRANSFORMADORES E PARALELO
Se entiende que tienen operación en paralelo aquellos transformadores cuyos primarios están conectados a una misma fuente y los secundarios a una misma carga
CONDICIONES DE DESBALANCE EN BANCOS DE TRANSFORMADORES
a) Conexión delta-delta
Para una conexión delta-delta se encontraron las siguientes relaciones:
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Para cada transformador, se sabe que de las ecuaciones fundamentales
Por tanto:
Donde ZAB, ZBC, y ZCA son las impedancias de los transformadores referidos al primario
De las condiciones para la conexión de transformadores en monofásicos en bancos trifásicos tenemos.
Sumando el sistema de ecuaciones
Po tanto se concluye que:
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Del sistema de ecuaciones se tienen que
Por lo tanto
Sustituyendo tenemos
En forma semejante, para el devanado secundario se tiene:
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Donde Zab, Zbc, y Zca son las impedancias equivalentes de los transformadores referidos al secundario
EJEMPLO:
Calcular el voltaje entre líneas en el lado primario de un banco de transformadores de relación 5/1, que tiene 13, 200 volts entre líneas en el lado secundario. El banco esta conectado en delta-estrella
SOLUCIÓN
La relación de transformación se toma en voltajes de fase a fase. Para una conexión delta-estrella tenemos:
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Tres transformadores monofásicos de relación 10/1 están conectados en estrella-delta para reducir voltajes; si el voltaje primario entre líneas es de 3,980 volts y por el secundario alimentan una carga balanceada de 180 KW, F.P=0.8 Calcule
3. El voltaje de línea alinea en el lado secundario4. La corriente de cada uno de los devanados en lado del secundario.5. La corriente de línea en el lado del secundario6. La corriente de cada uno de los devanados en lado del primario.7. Los KVA en el lado del primario
SOLUCION:
a) Para conexión estrella delta tenemos
b) Cada transformador contribuye para alimentar la carga de 180 KW con una tercera parte, es decir:
Por tanto
c) El lado secundario esta conectado en delta; la corriente calculada anteriormente es por fase, por tanto, la corriente de línea es:
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d) La corriente en cada devanado del lado para cada transformador la podemos encontrar de la siguiente forma:
O simplemente la relación de transformación:
e) Los KVA que entrega cada transformador son:
Tres transformadores conectados en delta en lado del primario y en estrella en el lado del secundario, reducen voltajes de 13,200 a 440 volts y alimenta una carga balanceada de 800 KVA a 0.8 fp atrasado, calcule
a) La relación de transformación de cada transformadorb) Los KVA y KW en cada transformadorc) La corriente entregada a la carga.d) La corriente de línea en lado primarioe) La corriente en cada devanado secundario y primario
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SOLUCION:
a) Como el transformador esta conectado en delta del lado del primario, los voltajes entre líneas son iguales a los voltajes de fase en el lado del secundario de cada transformador
Por tanto, la relación de transformación para cada transformador es:
b) Cada transformador toma una tercera parte de la carga, es decir:
c) La corriente entregada a la carga es:
d) La corriente de línea en el lado primario:
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e) La corriente en cada devanado secundario, por estar conectado en estrella, es la corriente de línea entregada a la carga, es decir
1,050 amperes
La corriente de cada devanado primario es:
RAZONES PARA AL OPERACIÓN DE TRANSFORMADORES EN PARALELO
1. Por el medio refrigerante Se conectan transformadores en paralelo cuando las capacidades de generación son muy elevadas y se requiere un transformador demasiado grande.
2. Para lograr un incremento en la capacidad. En vez de comprar un transformador más grande, se instala en paralelo con el ya existente otro de capacidad a la de la nueva demanda; esto resulta económicamente mas conveniente.
3. Para dar flexibilidad de operación a un sistema
REQUISITOS DE OPERACIÓN DE TRANSFORMADORES EN PARALELO
1. Igual relación de transformación, voltajes iguales en le primario y secundario
2. Desplazamiento angular igual a cero
3. Variación de la impedancias con respecto a las capacidades de los transformadores en forma inversa
4. Las relaciones de resistencias y reactancias deben ser equivalentes.
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PRUEBAS DE CAMPO A TRANSFORMADORES
Las pruebas se hacen en los transformadores y sus accesorios por distintas razones, durante su fabricación, para verificar la condición de sus componentes, durante la entrega, durante su operación como parte del mantenimiento, después de su reparación, etc.
Algunas de las pruebas que se hacen en los transformadores e consideran como básicas y algunas otras varían de acuerdo a la condición individual de los transformadores y pueden cambiar de acuerdo al tipo de transformador, por lo que existen distintas formas de clasificación de las pruebas a transformadores, por ejemplo algunos las clasifican en prueba de baja tensión y prueba de alta tensión. También se pueden agrupar como pruebas preliminares, intermedias y de verificación (Finales).
Las pruebas preliminares se realizan cuando un transformador se ha puesto fuera de servicio para mantenimiento programado o para revisión programada o bien ha tenido aluna falla. Las pruebas se realizan antes de “abrir” el transformador y tienen el propósito general de encontrar el tipo y naturaleza de la falla. Las llamadas pruebas preliminares incluyen:
PRUEBA AL ACEITE DEL TRANSFORMADOR
PRUEBA DE RIGIDEZ DIELECTRICA
MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO DE LOS DEVANADOS.
MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LOS DEVANADOS.
DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL AISLAMIENTO.
ANÁLISIS DE CROMATOGRAFÍA DE GASES
PRUEBA (TTR) DE RELACION DE TRANSFORMACION
PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO.
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PRUEBAS AL ACEITE DEL TRANSFORMADOR.
El aceite de los transformadores se somete por lo general a pruebas de rigidez dieléctrica, prueba de pérdidas dielétricas y eventualmente análisis químico.
En este análisis se evalúa la calidad del aceite e incluye lo siguiente:
A) apariencia visualB) tensión interfacial, mn/mC) rigidez dieléctrica, kvD) factor de potencia a 25ºc, %E) factor de potencia a 100ºc,%F) numero de neutralización por titilación, mg koh/gG) contenido de agua, mg/kg (ppm)H) color
Cuando se trata de pruebas de campo, la condición del aceite se puede determinar por dos pruebas relativamente simples. Una que compra el color de una muestra de aceite del transformador bajo prueba, con un conjunto o panel de colores de referencia que dan una indicación de la emulsificación que puede tener lugar. El recipiente en que se toma la muestra debe enjuagar primero con el propio aceite de la muestra ya debe ser tomado de la parte inferior del transformador de la válvula de drenaje.
Cuando se usa un probador de color, al muestra de aceite se debe colocar en tubo de vidrio transparente que se introduce en una pare del probador diseñada ahora tal fin. Se tiene un pequeño disco que gira y que tiene distintos colores de referencia, cuando el color le disco es similar al de la muestra, aparece la designación numérica del color de la muestra de aceite. De hecho esta prueba sirve para verificar el grado de oxidación de la aceite y debe marcar 0.5 para aceites nuevos y 5 máximo para aceites usados.
En el rango de color amarillo, naranja y rojo indican que el transformador puede tener daños severos.
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PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL ACEITE.
Esta prueba se hace en un probador especial denominado “probador de rigidez dieléctrica del aceite”. En este caso, la muestra de aceite también se toma de la parte inferior del transformador, por medio de la llamada válvula de drenaje y se vacía en un recipiente denominado “copa estándar” que puede ser de porcelana o de vidrio y que tiene una capacidad del orden de ½ litro. En ocasiones el aceite se toma en un recipiente de vidrio y después se vacía a la copa estándar que tiene dos electrodos que pueden ser planos o esféricos y cuyo diámetro y separación está normalizado de acuerdo al tipo de prueba. El voltaje aplicado entre electrodos se hace por medio de un transformador regulador integrado al propio aparato probador. Después de llenada la copa estándar se debe esperar alrededor de 20 minutos para permitir que se eliminen las burbujas de aire del aceite antes de aplicar el voltaje; el voltaje se aplica energizando el aparato por medio de un switch que previamente se ha conectado ya un contacto o fuente de alimentación común y corriente. El voltaje se eleva gradualmente por medio de la perilla o manija del regulador de voltaje, la tensión o voltaje se ruptura se mide por medio de un voltmeto graduado en kilovolts.
Existen de cuerdo distintos criterios de prueba, pero en general se puede afirmar que se pueden aplicar seis rupturas dieléctricas con intervalos de 10 minutos., la primero no se toma en cuenta, y el promedio de las otras cinco se toma como la tensión de ruptura o rigidez dieléctrica. Normalmente la rigidez dieléctrica en los aceites aislantes se debe comportar en la forma siguiente:
Aceites degradados y contaminados De 10 a 28 kV Aceites carbonizados no degradados De 28 a 33 kV Aceites Nuevo sin desgasificar De 33 a 44 kV Aceite Nuevo desgasificado De 40 a 50 kV Aceite regenerado De 50 a 60 kV
PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.
La prueba de resistencia de aislamiento en transformadores sirve no solo ara verificar la calidad del aislamiento en transformadores, también permite verificar el grado de humedad y en ocasiones defectos severos en el aislamiento. La resistencia de aislamiento se mide por medio de un aparato conocido como “MEGGER”. El megger consiste de una fuente de alimentación en corriente directa y un sistema de medición. La fuente es un pequeño generador que se puede accionar en forma manual o eléctricamente. El voltaje en terminales de un megger
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varía de acuerdo al fabricante y a si se trata de accionamiento manual o eléctrico, pero en general se pueden encontrar en forma comercial megger de 250 votls, 1000 volts y 2500 volts. La escala del instrumento está graduada para leer resistencias de aislamiento en el rango de 0 a 10,000 megohms.
La resistencia de aislamiento de un transformador se mide entre los devanados conectados todos entre sí, contra el tanque conectado a tierra y entre cada devanado y el tanque, con el resto de los devanados conectados a tierra.
Para un transformador de dos devanados se deben tomar las siguientes medidas:
Entre el devanado de alto voltaje y el tanque con el devanado de bajo voltaje conectado a tierra. Entre los devanados de lato voltaje y bajo voltaje conectado entre si, contra el tanque.
Estas mediciones se pueden expresar en forma sintetizada como:
Alto Voltaje Vs. Tanque + bajo voltaje a tierra. Bajo voltaje Vs. Tanque + alto voltaje a tierra. Alto voltaje + bajo voltaje Vs. Tanque a tierra.
Cuando se trata de transformadores con tres devanados las mediciones que se deben efectuar son las siguientes:
Alto voltaje (primario) Vs. Tanque con los devanados de bajo voltaje (secundario) y medio voltaje (terciario) a tierra.
Medio voltaje (terciario) Vs. Tanque con los devanados e alto voltaje y bajo voltaje a tierra.
Bajo voltaje (secundario) Vs. Tanque, con los devanados de alto voltaje y medio voltaje a tierra.
Alto voltaje y medio voltaje juntos Vs. Tanque, con el devanado de bajo voltaje a tierra.
Alto voltaje + medio voltaje + bajo voltaje Vs. Tanque.
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Las pruebas de resistencia de aislamiento deberán realizarse con los circuitos de igual voltaje conectados entre sí y los circuitos de diferente voltaje deberán ser probados por separado, por ejemplo:
← Alta tensión vs. Baja tensión ← Alta tensión vs. Tierra ← Baja tensión vs. Tierra ← Neutro vs. Tierra (En el caso de que el neutro no esté conectado
directamente a tierra)
ANÁLISIS DE CROMATOGRAFÍA DE GASES:
Mediante esta técnica se pueden detectar fallas como: descargas parciales, sobrecalentamientos, arqueos, etc. Lo cual permitirá programar el retiro de la unidad en servicio, evitando un daño mayor al aceite aislante de transformador para detección de fallas incipientes,
(Métodos utilizados: astm d-2945, astm d-3612 parte a, astm d-3613 y estandar ieee c57.104), detectando los siguientes gases:
a) hidrogenob) metanoc) bióxido de carbonod) etanoe) propano/propilenof) nitrógenog) monóxido de carbonoh) etanoi) acetileno
Como en los análisis Físico-Químicos, la calidad de la muestra es determinante para un preciso análisis y confiable diagnóstico. Este análisis tiene la característica de detectar a corto plazo, y de una forma mucho más sensible los cambios inmediatos en las condiciones operativas del transformador o de las redes de suministros o de carga, por lo que resulta ser muy valiosa herramienta para el usuario. Su análisis debe de ser recomendado con las siguientes frecuencias básicas considerando que las frecuencias podrán ser más cortas cuando se detecten condiciones anormales.
Distribución en M T (300 a 3000 KVA) Anual
Potencia > 3 MVA o alta tensión >34.5 KV Semestral
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Hornos de arco eléctrico Trimestral
Extra alta tensión Trimestral o menor
Puesta en marcha Antes y después de energizar
La vigilancia de la tendencia del comportamiento de los gases combustibles, permitirá anticipar condiciones de falla que podrían afectar el suministro de energía eléctrica, con sus consecuentes efectos en la producción o prestación de servicios.
PRUEBA (TTR) DE RELACION DE TRANSFORMACION
Verificar que las relaciones de transformación para las diferentes posiciones del tap de un transformador están dentro de la tolerancia de medición. Se le conoce como prueba ttr.
La razón entre el número de vueltas de las bobinas de alta tensión y las de baja tensión de un transformador se conoce como “la relación de vueltas de un transformador”. Los medidores de razón de transformación, más conocidos como TTR, nos dan la lectura de la relación de vueltas y las corrientes de excitación de los bobinados de un transformador de potencia, potencial o transformador de corriente. De inmediato surge la pregunta ¿Por qué realizar pruebas de TTR?
En primer lugar, las pruebas de la relación de vueltas sirven para confirmar la relación de transformación y polaridad de transformadores nuevos y usados e identificar desviaciones en las lecturas de la relación de vueltas, indicando problemas en uno o ambos bobinados o en el circuito magnético del núcleo.
Para los transformadores que tienen cambiador de derivaciones (taps) para modificar su relación de voltaje, la relación de transformación se basa en la comparación entre el voltaje nominal de referencia del devanado respectivo contra el voltaje de operación o porcentaje de voltaje nominal al que está referido. La
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relación de transformación de estos transformadores se deberá determinar para todos los taps y para todo el devanado.
Para la medición con el TTR, se debe seguir el circuito básico de la figura, cuando el detector DET está en balance, la relación de transformación es igual a R/R1.
La tolerancia para la relación de transformación, medida cuando el transformador está sin carga, debe ser de ± 0,5% en todas sus derivaciones.
El reporte de presentación de resultados de la prueba de relación de transformación está elaborado en base a los datos del reporte del cual se compone la "hoja de campo de pruebas a transformadores". Posteriormente, para el análisis de los resultados se presenta una tabla que contenga de manera resumida si el transformador cumple o no con la norma respecto a la prueba de relación de transformación.
PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO Al efectuar las pruebas de Factor de Potencia, intervienen las boquillas o soportes aislantes, y los otros materiales que forma parte del aislamiento (aceite aislante, gas SF6, vacío, etc.). Al efectuar la prueba de Factor de Potencia el método consiste en aplicar el potencial de prueba a cada una de las terminales del interruptor. Las pérdidas dieléctricas de los aislamientos no son las mismas estando el interruptor abierto que cerrado, porque intervienen diferentes aislamientos. Con el interruptor cerrado intervienen las pérdidas en boquillas y de otros aislamientos
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auxiliares, con el interruptor abierto intervienen las pérdidas en boquillas y en el aceite aislante. Esto es para el caso de interruptores de gran volumen de aceite.
RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA
Limpiar la porcelana de las boquillas, quitando polvo, humedad o agentes contaminantes.
Se recomienda efectuar la prueba cuando la humedad relativa sea menor de
75%.
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