Flor villa

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TransformadoresLos transformadores eléctricos han sido uno de los inventos más

relevantes de la tecnología eléctrica. Sin la existencia de lostransformadores, sería imposible la distribución de la energía eléctrica tal ycomo la conocemos hoy en día. Debido a que sin su funcionamiento no sepodría trasformar la energía electica para poder llegar a nuestros hogares ooficina debido a que la cantidad de Kw que salen de una central eléctricason muy elevadas para llegar directamente a nuestros hogares por lo que esimprescindible el concurso de unos transformadores para realizar elsuministro doméstico.

Podríamos definir el Trasformador como un aparato estático, deinducción electromagnética, destinado a transformar un sistema decorrientes alternas en uno o más sistemas de corrientes alternas de igualfrecuencia y de intensidad y tensión generalmente diferentes, que constade una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que seutiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA)aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas.

Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al

primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor.

El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente.

Símbolo Eléctrico Partes de un Transformador

Fundamentos del transformadorCuando aplicamos una fuente Vp al devanado del primario y

dejamos el secundario abierto, se producirá un flujo en el núcleo. Esteflujo es sinusoidal igual al voltaje pero se encuentra atrasado 90 gradoscon respecto a este. Este flujo requiere una corriente Im de la fuentellamada corriente de magnetización. Además debido a las perdidas enel núcleo (las cuales son proporcionales al flujo) se requiere unacorriente Ic que esta en fase con Vp. La corriente total deltransformador sin carga es Io la cual es una suma vectorial de estas doscorrientes.

Este flujo producido recorre el núcleo y hace que este corte lasespiras del secundario produciendo así un voltaje en fase con el voltajedel primario. Debido a la saturación del núcleo y a sus doscomponentes 90 grados fuera de fase la corriente del primario sincarga.

Existen transformadores de tensión, de corriente, de aislamiento yautotransformadores, en este caso en particular se desarrollará el temade transformador de tensión monofásico, el cual es utilizado en laexperiencia del laboratorio. En muchas ocasiones la tensión alterna quese tiene no es la adecuada para el propósito que se necesita, comosolución a este problema se utiliza el transformador. El transformadorde tensión monofásico utiliza en la entrada una fuente de tensión de undeterminado voltaje y a la salida convierte el nivel de voltaje en otrodistinto manteniendo la frecuencia e idealmente la potencia.

Este dispositivo está conformado por dos o más bobinas dealambre conductor y un núcleo ferro magnético donde los alambresestán enrollados en el núcleo. La fuente conectada a la entrada generauna corriente en la bobina formada por el conductor (primario) ydebido a la ley de Faraday se induce un flujo de corriente en elnúcleo, este flujo llega a la segunda bobina donde induce voltaje el cualserá directamente proporcional a la relación del número devueltasentre el primario y el secundario, mientras que la corriente seráinversamente proporcional.

Se considera idealmente que la potencia entregada en el primariose obtiene en el secundario, sin embargo en realidad existen diversosfactores que generan perdidas:

1. Pérdidas en cobre: Son las pérdidas ocasionadas por el calentamientoresistivo de las bobinas tanto en el primario como en el secundario, secalculan como, donde R es la resistencia del bobinado e I la corrienteen el devanado.

2. Pérdidas por histéresis: El material ferro magnético del que estáhecho el núcleo está compuesto de hierro, cobalto o níquel, los cualespresentan un fuerte alineamiento de sus dominios con el campomagnético permaneciendo en el mismo sentido del campo y haciendoque el flujo magnético a través de este encuentre menor resistencia acomparación del aire, estos dominios solo pueden cambiar su posicióncuando se les entrega energía, esto se traduce en pérdidas en untransformador debido a que se requiere energía para cambiar laorientación de los dominios en cada ciclo de corriente alterna.

3. Pérdidas por corrientes parásitas: O también llamada por corriente de Foucault son pérdidas de energía producidas por calor disipado en el núcleo debido a las corrientes generadas cuando un conductor se encuentra en un campo magnético variable.

4. Pérdidas por flujo disperso: El flujo magnético inducido por el voltaje en el primario no está canalizado en el núcleo sino que también parte de él fluye a través del aire, es decir, no todo el flujo generado llega al secundario para inducir voltaje.

Señalar las diferencias entre un Transformador Ideal y un Transformador de Núcleo de Aire

Las diferencias entre el transformador ideal y el transformador real (es desir que posee perdida), aunque son importantes, no son demasiado complicadas de comprender y están basadas en los componentes que integran el transformador real y las pérdidas por calentamiento.

Como sabemos el paso de la electricidad produce un calor, y en el caso que nos ocupa del transformador, este calor se considera una pérdida de potencia o de rendimiento del transformador real. Todo esto se puede calcular para tener claro las tensiones y las intensidades con las que nos manejamos.

Los tranformadores reales tienen pérdidas en las bobinas, porque estas bobinas (primaria y secundaria) tienen una resistencia, algo con lo que no se contaba a la hora de analizar el transformador ideal.Asimismo, los núcleos de las bobinas no son infinitamente permeables, dato contrario que manejábamos con los transformadores ideales.

El flujo generado en la bobina primaria no es completamente capturado por la bobina secundaria en el caso práctico de un transformador real, por tanto, debemos tener en cuenta el flujo de dispersión. Por si fuera poco, los núcleos tienen corrientes parásitas y pérdidas por histéresis, que son las que aumentan el calor o temperatura del transformador real.

Todas estas diferencias tenemos que tenerlas en cuenta cuando realizamos el cálculo de un transformador real.

Así que podemos suponer que el estudio de un transformador real es algo más complejo que el estudio de un transformador ideal.pero para tener una mayor información acerca de cómo se produce estas perdidas que hacen las diferencia de los transformadores.

Ejemplo de

Transformador Ideal

Ejemplo de

Transformador Ideal

Inductancia MutuaEs un fenómeno básico para la operación del transformador, un

dispositivo eléctrico que se usa actualmente en casi todos los camposde la ingeniería eléctrica. Este dispositivo es una parte integral en lossistemas de distribución de potencia y se encuentra en muchoscircuitos electrónicos e instrumentos de medición.

En sus primeras experiencias sobre el fenómeno de la inducciónelectromagnética Faraday no empleó imanes, sino dos bobinasarrolladas una sobre la otra y aisladas eléctricamente. Cuando variabala intensidad de corriente que circulaba por una de ellas, se generabauna corriente inducida en la otra. Este es, en esencia, el fenómeno de lainducción mutua, en el cual el campo magnético es producido no porun imán, sino por una corriente eléctrica. La variación de la intensidadde corriente en una bobina da lugar a un campo magnético variable.

Este campo magnético origina un flujo magnético tambiénvariable que atraviesa la otra bobina e induce en ella, de acuerdo con laley de Faraday-Henry, una fuerza electromotriz. Cualquiera de lasbobinas del par puede ser el elemento inductor y cualquiera elelemento inducido, de ahí el calificativo de mutua que recibe estefenómeno de inducción.

Ejemplo de Inductancia MutuaUn alambre de cobre se enrolla en forma de solenoide sobre un

nucleo de hierro de 5 cm. de diámetro y 25 cm. de largo. Si la bobinatiene 220 vueltas y la permeabilidad magnética del hierro es de1.8x10-3 wb/Am. Calcular la inductancia de la bobina.

Convención de los puntos

Debido a que en la inductancia mutua se relacionan cuatro

terminales la elección del signo en el voltaje no se puede hacertomándolo como un inductor simple; para esto es necesario usar laconvención de los puntos la cual usa un punto grande que se colocaen cada uno de los extremos de las bobinas acopladas. El voltaje que seproduce en la segunda bobina al entrar una corriente por la terminaldel punto en la primera bobina , se toma con referencia positiva en laterminal punteada de la segunda bobina , de la misma forma unacorriente que entra por la terminal no punteada de una bobinaproporciona un voltaje con referencia positivo en la terminal nopunteada de la otra bobina.

Ejemplo Convención de PuntosSea L1 = 0.4 H. L2 = 2.5 H, k = 0.6 e i1 = 4i2 = 20 cos(500t – 20°) mA. Evalue las

siguientes cantidades en t = 0: a) i2, b) v1, y c) la energía total almacenada en el sistema.

1- i2(0) = 20 cos(500(0) – 20°) mA =

= 4.698 mA

2-

3- La energía es;w(t) = ½L1[i1(t)]2 + ½L2[i2(t)]2 + M[i1(t)] [i2(t)]w(0) = 0.4/2[18.79]2 + 2.5/2[4.698]2 + 0.6[i1(0)] [i2(0)]w(0) = 151.2 mJ