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10estalin@gmail.com «Solo la perseverancia te llevara a superarte»
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Máquinas
Eléctricas estáticas
10estalin@gmail.com
«Solo la perseverancia te llevara a superarte»
La fmm representa a la suma
de corrientes que crean el campo magnético
HN I
l
B SComo el vector densidad de
flujo y superficie son paralelos
HB aComo se cumple: Sustituyendo:
N I
l
Sa
l
SR
a
R=Reluctancia
Ley de inducción electromagnética:
Faraday 1831
“El valor absoluto de la fuerza electromotriz inducida está determi-nado por la velocidad de variación del flujo que la genera”
ed
dt
Ley de Lenz
“la fuerza electromotriz inducida debe ser tal que tienda a establecer una co-rriente por el circuito mag-nético que se oponga a la variación del flujo que la produce”
ed
dt
e Nd
dt
B
H
Hm
BR
-Hm
-Bm
Hc
Bm
Hm
Magnetismo remanente: estado del material en
ausencia del campo magnético
Campo coercitivo: el necesario para anular BR
CICLO DE HISTÉRESIS
Las pérdidas por histéresis son proporcionales al volumen de material
magnético y al área del ciclo de histéresis
Inducción máxima Bm
Frecuencia f
PHistéresis=K*f*Bm2 (W/Kg)
Cuanto > sea Bm > será el ciclo de
histéresis
Cuanto > sea f > será el número de ciclos de histéresis
por unidad de tiempo
Sección transversaldel núcleo
Flujo magnéticoCorrientes parásitas
Las corrientes parásitas son corrientes que circulan por el inte-rior del material magnético como consecuencia del campo.
Según la Ley de Lenz reaccionan contra el flujo que las crea reduciendo la inducción magnética, además, ocasionan pér-didas y, por tanto, calentamiento
Pérdidas por corrientes parásitas: Pfe=K*f2*Bm (W/Kg)
Sección transversaldel núcleo
Flujo magnético
Chapas magnéticas apiladas
Aislamiento entre chapas
Los núcleos magnéticos de todas las máquinasSe construyen con chapas aisladas y apiladas
Menor
sección
para el
paso de la
corriente
Núcleo macizo Núcleo de chapa aislada
Sección S1 Sección S2
L= Longitud recorridapor la corriente
S2<<S1 R2>>R1
Resistencia eléctricadel núcleo al paso deCorrientes parásitas
R1= *L1/S1Resistencia eléctricade cada chapa al paso de corrientes parásitas
R2= *L2/S2
Tema II: Fundamentos sobre generación transporte y distribución de energía
eléctrica
Estáticas
Rotativas
Transformadores
Motores
Generadores
SISTEMAELÉCTRICO
SISTEMAELÉCTRICO
MEDIO DEACOPLAMIENTO
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Transformador
Transformador
Transformadores
De potencia
De medida
Especiales
Monofásicos o
trifásicos
Monofásicos o
trifásicos
Monofásicos o
trifásicos
Existen distintos tipos de transformadores de potencia
Los de medida pueden medir tensiones o corrientes
Tema III: Aspectos y propiedades industriales de las
máquinas eléctricas
Según que la circulación del fluido refrigerante se deba a convección natural o forzada (impulsado por
una bomba) se habla de refrigeración natural (N) o
forzada (F)
Las normas clasifican los sistemas de refrigeración de los transformadores según el refrigerante primario (en contacto con partes activas) y secundario ( el
utilizado para enfriar al primario). Se utilizan aire, aceite natural, aceite sintético y agua.
SE UTILIZAN 4 DÍGITOSCOMO CÓDIGO
X X X X
Tipo de circulación del refrigerante secundario (N) o (F).
Tipo de refrigerante secundario (A) aire, (W) agua.
Tipo de circulación del refrigerante primario (N) o (F).
Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sintético.
Ejem OFAF
X X X X X
Tipo de circulación del refrigerante secundario: 0 Convección libre, 1 Autocirculación, 6 Com-ponente independiente, 8 Desplazamiento relativo
Tipo de refrigerante secundario: A aire, W agua
Tipo de circulación del refrigerante primario: 0 Convección libre, 1 Autocirculación, 6 Componente independiente
Tipo de refrigerante primario: A aire
Tipo de circuito de refrigeración: 0 circulación libre circuito abierto, 4 carcasa enfriada exterior
SE UTILIZAN 5 DÍGITOS
Ejem IC4A11Ejem IC0A1
IC
Tema IV: Transformadores
Transformadorelemental
Se utilizan en redes eléctricas para convertir un sistema de tensiones(mono - trifásico) en otro de igual
frecuencia y > o < tensión
La conversión se realiza práctica-mente sin pérdidas
Potentrada Potenciasalida
Las intensidades son inversamente proporcionales a las tensiones en
cada lado
Transformador elevador: V2>V1, I2<I1 Transformador reductor: V2<V1, I2>I1
Los valores nominales que definen a un transformador son: Potenciaaparente (S), Tensión (U), I (corriente) y frecuencia (f)
Secundario
V2V1
I1 I2
Núcleo de chapa magnética aislada
Primario
Flujo magnético
El Si incrementa la resistividad del material y reduce las corrientes
parásitas
En la construcción del núcleo se utilizan chapas de acero aleadas con Silicio de muy bajo espesor
(0,3 mm) aprox.
La chapa se aisla mediante un tratamiento químico (Carlite) y se obtiene por LAMINACIÓN EN FRÍO: aumenta la permeabilidad. Mediante este procedimiento
se obtien factores de relleno del 95-98%
El núcleo puedetener sección cuadrada. Pero es más frecuente aproximarlo a la circular
Montaje chapas núcleo
1
2
34
5 Corte a 90º Corte a 45º
V2V1
I1 I2
600-5000 V
4,5 - 60 kV
> 60 kV
Diferentes formas constructivas de devanados según tensión y potencia
Los conductores de los devanados están aislados entre sí:En transformadores de baja potencia y tensión se utilizan
hilos esmaltados. En máquinas grandes se emplean pletinas rectangulares encintadas con papel impregnado
en aceite
El aislamiento entre devanados se realiza dejando espacios de aire o de aceite entre ellos
La forma de los devanados es normalmente circular
El núcleo está siempre conectado a tierra. Para evitar elevados gradientes de potencial, el devanado de baja
tensión se dispone el más cercano al núcleo
Estructura devanados: trafo monofásico
Núcleo con 2 columnas Núcleo con 3 columnas
Secundario
Primario
Secundario
Primario
Aislante
Concéntrico
Primario
Aislante
Secundario
Primario
Aislante
Alternado
Secundario
Fabricación núcleo: chapas magnéticas
Conformado conductores devanados
Catálogos comerciales
Catálogos comerciales
1 Núcleo
1’ Prensaculatas
2 Devanados
3 Cuba
4 Aletas refrigeración
5 Aceite
6 Depósito expansión
7 Aisladores (BT y AT)
8 Junta
9 Conexiones
10 Nivel aceite
11 - 12 Termómetro
13 - 14 Grifo de vaciado
15 Cambio tensión
16 Relé Buchholz
17 Cáncamos transporte
18 Desecador aire
19 Tapón llenado
20 Puesta a tierra
Transformadores de potencia medida... E. Ras Oliva
U2(t)U1(t)
I1(t) I2(t)
(t)
P2P1 P=0
Considerando que la conversión se realiza
prácticamente sin pérdidas:
Potentrada Potenciasalida
P1 P2: U1*I1=U2*I2
Considerando que la tensión del secundario en carga es la misma
que en vacío:
U2vacío U2carga
1
2
2
1t
I
I
U
Ur
t2
1
r
1
I
ILas relaciones de tensiones y corrientes son
INVERSAS
El transformador no modifica la potencia que se transfiere, tan solo altera la relación entre tensiones y corrientes
Material delnúcleo magnético
H – i0
B -
Zona de saturación
Zonalineal
t
, U1, i0
U1
dt
)t(dN)t(e)t(U 111
SB
lHiN
CON EL FLUJO Y LA CURVA BH SE PUEDE
OBTENER LA CORRIENTE
4.5 Corriente de vacío I
11’CORRIENTE
DE VACÍO i0
1’’
2’=3’ 2 3
2’’ 3’’
NO se considera el ciclo de histéresis DEBIDO A LA SATURACIÓN DEL
MATERIAL LA CORRIENTE QUE ABSORBE EL TRANSFORMADOR
EN VACÍO NO ES SENOIDAL
Material delnúcleo magnético
H – i0
B -
Ciclo dehistéresis
t
, U1, i0
U1
4.5 Corriente de vacío II
SÍ se considera el ciclo de histéresis
11’CORRIENTE
DE VACÍO I0
1’’
2’ 2
3
2’’
3’
3’’
El valor máximo se mantiene pero la corriente se desplaza hacia el origen.
DEBIDO AL CICLO DE HIS-TÉRESIS LA CORRIENTE ADELANTA LIGERAMENTE AL FLUJO
DESPLAZAMIENTO
La corriente de vacío NOes senoidal
Para trabajar con fasores es necesario que
sea una senoide
Se define una senoide equivalente para los
cálculosPROPIEDADES
Igual valor eficaz que la corriente real de vacío: inferior al 10% de la corriente nominal
Desfase respecto a la tensión aplicada que cumpla:
U1*I0*Cos 0=Pérdidas hierro
Senoide equivalente
Senoide equivalente
00 CosIUP
P=pérdidas por histéresis en él núcleo
U1=-e1
e1
I0
NO se considera el
ciclo de histéresis:NO HAY PÉRDIDAS
I0 0
I
Ife
Componente magnetizante
Componente de pérdidas
U1=-e1
e1
I0 0
SÍ se considera el
ciclo de histéresis:HAY PÉRDIDAS
U2(t)U1(t)
I2(t)=0
(t)
I0(t)
Flujo de dispersión: se cierra por el aire Representación
simplificada del flujo de dispersión (primario)
En vacío no circula corriente por el
secundario y, por tanto, no produce flujo de dispersión
En serie con el primario se colocará una bobina que será la que genere el flujo de dispersión
U2(t)U1(t)
I2(t)=0
(t)
I0(t) R1 Xd1
Flujo de dispersión
Resistenciainterna
e1(t)
101d011 eIjXIRU
I0 0
I
Ife
Componente magnetizante
Componente de pérdidas
X
I
Rfe
Ife
I0
El núcleo tiene pérdidas que se reflejan en la aparición de las dos componentes de la corriente de vacío
Este efecto puede emularse mediante una resistencia y una reactancia en paralelo
rt
U2(t)U1(t)
(t)
R1 Xd1
e1(t)
R2Xd2
I2(t)e2(t)
I1(t)
U2(t)U1(t)
I2(t)=0
(t)
I0(t)
A W
Secundario en circuito abierto
Tensión y frecuencia nominal
Condiciones ensayo:
Resultados ensayo:
Pérdidas en el hierro W
Corriente de vacío A
Parámetros circuito Rfe, X
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