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MAQUINAS ELECTRICAS:
UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN
TRANSFORMADORES.
A
LAS
MAQUINAS
ELECTRICAS
Y
DEFINICION DE MAQUINA ELECTRICA:
Es un dispositivo electromagnético, que transforma la energía eléctrica y
la energía mecánica, utilizando un campo magnético como elemento de
acoplamiento para la transformación de la energía.
Según el tipo de transformación de energía las maquinas eléctricas se
clasifican de forma general en:
- Transformadores:
-
Generadores:
-
Motores:
Desde el punto de vista Mecánico las maquinas eléctricas se clasifican en:
- Estáticas (Transformadores)
- Rotativas (Generados y Motores)
Desde el punto de vista del tipo de energía eléctrica que transforman se
clasifican en:
- Máquinas de Corriente Continua (Motores y Generadores)
- Máquinas de Corriente Alterna (Transformadores, Motores y
Generadores)
LEYES FUNDAMENTALES DE ELECTROMAGNETISMO APLICADAS A
LAS MAQUINAS ELECTRICAS:
Ley de Inducción de Faraday: El voltaje inducido en un conductor es
proporcional a la rapidez de cambio de las líneas de flujo magnético que
atraviesan el conductor.
E = N (dɸ /dt) donde N es el número de conductores, ɸ el flujo magnético y E
el voltaje inducido o FEM Fuerza Electromotriz Inducida.
Ley de Ampere: La corriente que circula por un conductor produce un campo
magnético proporcional que rodea al conductor.
EL TRANSFORMADOR:
Es un dispositivo que sirve para transformar un voltaje de corriente
alterna, elevándolo o reduciéndolo de un nivel a otro por una relación fija, con
la respectiva disminución o el incremento de la corriente, para mantener los
niveles de potencia eléctrica en el proceso de transformación de energía.
Se basa en las leyes del electromagnetismo, solo que en vez de
movimiento físico, en este caso la el voltaje inducido se logra cambiando la
cantidad de flujo magnético.
Su estructura básica es la siguiente:
El transformador tiene una bobina de alto voltaje (H1-H2), una bobina de
bajo voltaje (X1-X2) y un núcleo de hierro que permite el acoplamiento
magnético de ambas bobinas. La conexión de entrada de c.a es la bobina
primaria y la conexión de salida es la bobina secundaria. La bobina primaria
puede ser la de alta o la de baja tensión. Si la entrada es el lado de alta
tensión, el transformador se denomina Reductor; si por el contrario la entrada
es de baja tensión, el transformador se denomina Elevador.
EL TRANSFORMADOR IDEAL:
Un transformador ideal es aquel que tiene las siguientes características:
- Todo el flujo magnético creado por la bobina primaria es transferido a
la bobina secundaria, es decir no hay pérdidas de flujo magnético en
el núcleo.
- Las bobinas primaria y secundaria tienen resistencia cero, por lo tanto
no consumen potencia y no hay pérdidas de energía en las bobinas.
En la siguiente figura se muestra el transformador ideal:
Al aplicar el voltaje V1 variable con el tiempo a la entrada del
transformador, circula una I1 que de acuerdo a la Ley de Faraday, establece un
flujo magnético dɸ/dt, en la bobina primaria: E1 = N1 (dɸ /dt), debid0o a que el
flujo magnético circula por el núcleo, se induce en la bobina secundaria un FEM
definido por: E2 = N2 (dɸ /dt).
En condiciones de circuito abierto (sin carga), la corriente por el
secundario I2 es cero por lo tanto, por lo que igualando las ecuaciones por el
término de flujo magnético se tiene la expresión:
E1 / N1 = E2 / N2 que es igual a V1 / N1 = V2 / N2
E1 / E2 = V1 / V2 = N1 / N2
A la relación anterior se le llama, Relación de Transformación y se
denota por :
α = V1 / V2 = N1 / N2
α el número de veces que se eleva o se reduce el voltaje de entrada
V1 voltaje del primario
V2 voltaje del secundario
N1 numero de vueltas de la bobina primaria
N2 numero de vueltas de la bobina secundaria
V2 = (N2/N1) x V1
Si N2 > N1 V2 > V1 por lo tanto el Transformador es Elevador
Si N1 > N2 V2 < V1 por lo tanto el Transformador es Reductor
Si se conecta una carga a la bobina secundaria, circulara por el
secundario una corriente I2, la cual incrementa el flujo en el núcleo por lo que
aumentaría el voltaje inducido en la bobina primaria. Debido a que el voltaje del
primario es impuesto por la fuente V1, entonces el incremento de la corriente
en la bobina secundaria I2 trae como consecuencia un incremento en la
corriente I1, proporcional según el número de vueltas de ambas bobinas, por lo
que la relación corriente-vueltas estará dada por la expresión:
I1. N1 = I2 . N2
Si la relación de transformación α es N1/N2, entonces también la
relación de transformación se puede expresar en términos de corrientes tal
que:
α = V1 / V2 = N1 / N2 = I2 / I1
V1 . I1 = V2 . I2
S1 = S 2
De los antes expuesto, se establece que en un transformador ideal, la
potencia en el primario (potencia aparente V.I en ac) es igual a la potencia del
secundario.