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