Transformador ideal

Energía eléctrica. Transformación. Arrollamiento. Potencial de desarrollo

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Transformador

El transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético.

El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arollamiento de entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o menor tensión (baja tensión).

El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del transformador se denominan lado de entrada y lado de salida.

El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.

En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:

  • Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía por que discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra.

  • Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él se apoyan

  • Para generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de hierro hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma del arrollamiento de entrada

    TRANSFORMADOR IDEAL

    Transformador ideal
    Un transformador ideal es un artefacto sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre los voltajes de entrada y de salida, y entre la corriente de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. La figura l muestra un transformador ideal.

    Transformador ideal

    Figura 1. a) Esquema de un transformador ideal.

    b) Símbolos esquemáticos de un transformador ideal.

    En el transformador que se muestra en la figura 1 tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario. La relación entre el voltaje VP(t) aplicado al lado primario del transformador y el voltaje VS(t) inducido sobre su lado secundario es

    VP(t) / VS(t) = NP / NS = a

    En donde a se define como la relación de espiras del transformador

    a = NP / NS

    La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es

    NP * iP(t) = NS * iS(t)

    iP(t) / iS(t) = 1 / a

    En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son

    VP / VS = a

    IP / IS = 1 / a

    Nótese que el ángulo de la fase de VP es el mismo que el ángulo de VS y la fase del ángulo IP es la misma que la fase del ángulo de IS. La relación de espiras del transformador ideal afecta las magnitudes de los voltajes y corrientes, pero no sus ángulos.

    Las ecuaciones anteriores describen la relación entre las magnitudes y los ángulos de los voltajes y las corrientes sobre los lados primarios y secundarios del transformador, pero dejan una pregunta sin respuesta: dado que el voltaje del circuito primario es positivo en un extremo especifico de la espira, ¿cuál seria la polaridad del voltaje del circuito secundario?. En los transformadores reales seria posible decir la polaridad secundaria, solo si el transformador estuviera abierto y sus bobinas examinadas. Para evitar esto, los transformadores usan la convección de puntos. Los puntos que aparecen en un extremo de cada bobina en la figura1 muestran la polaridad del voltaje y la corriente sobre el lado secundario del transformador. La relación es como sigue:

    1.- Si el voltaje primario es positivo en el extremo punteado de la bobina con respecto al extremo no punteado, entonces el voltaje secundario será también positivo en el extremo punteado. Las polaridades de voltaje son las mismas con respecto al punteado en cada lado del núcleo.

    2.- Si la corriente primaria del transformador fluye hacia dentro del extremo punteado de la bobina primaria, la corriente secundaria fluirá hacía afuera del extremo punteado de la bobina secundaria.

    Potencia en un transformador ideal

    La potencia suministrada al transformador por el circuito primario se expresa por medio de la ecuación

    Pent = VP * IP * cos ð P

    En donde ð p es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundaria. La potencia que el circuito secundario suministra a sus cargas se establece por la ecuación:

    Psal = VS * IS * cos ð S

    En donde ð s es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundarios. Puesto que los ángulos entre el voltaje y la corriente no se afectan en un transformador ideal, ð p=ð s=ð . Las bobinas primaria y secundaria de un transformador ideal tienen el mismo factor de potencia.

    ¿Cómo se compara la potencia que va al circuito primario del transformador ideal, con la potencia que sale por el otro lado?

    Es posible averiguarlo por medio de las ecuaciones de voltaje y corriente. La potencia que sale de un transformador es:

    Psal = VS *IS* cos ð

    Aplicando las ecuaciones de relación de espiras nos resulta Vs = Vp / a y Is = a * Ip así que

    Psal = (VP/a) * a * IP * cos ð

    Psal = VP * IP * cos ð = Pent

    De donde, la potencia de salida de un transformador ideal es igual a su potencia de entrada.

    La misma relación se aplica a la potencia reactiva Q y la potencia aparente S.

    Qent = VP *IP *sen ð = VS *IS *sen ð = Qsal

    Sent = VP *IP = VS *IS = Ssal

    Test de polaridad

    1.31Los ensayos de polaridad sirven para la conexión en paralelo de transformadores. Existen tres métodos generales de determinación de polaridad:

    1.31 Comparación con un transformador normalizado.

    1.32. Respuesta inductiva con corriente continua.

    1.33. Ensayo de tensión alterna.

    1.31.a Ensayo de polaridad mediante un transformador normalizado. Cuando se dispone de un transformador normalizado de polaridad conocida y de la misma relación que la unidad que se está ensayando, se conectan en paralelo los devanados de alta tensión de ambos transformadores uniendo los terminales igualmente marcados. Se conectan también análogamente los terminales marcados de un extremo de los devanados de baja tensión de ambos transformadores, dejando los otros extremos libres. Se aplica un valor reducido de tensión a los devanados de alta tensión y se mide la tensión entre los dos terminales libres. Una lectura cero o despreciable del voltímetro indicará que las polaridades de ambos transformadores son idénticas.

    1.31.b Ensayo de polaridad por respuesta inductiva. Haciendo pasar corriente continua a través del devanado de alta tensión, se conecta un voltímetro de c.c. de alta tensión en bornes de los terminales del mismo devanado, de manera que se obtenga una pequeña desviación positiva de la aguja cuando se cierre el circuito de excitación. Entonces se transfieren las dos conexiones del voltímetro directamente a través del transformador a los terminales opuestos de baja tensión. La interrupción de la corriente de excitación de c.c. induce una tensión en el devanado de baja tensión y provoca una desviación en el voltímetro. Si la aguja se mueve en el mismo sentido que antes, la polaridad es aditiva. Si la aguja se mueve en sentido opuesto, la polaridad es sustractiva.

    1.31.c Ensayo de polaridad mediante el ensayo de tensión alterna. Colocándose enfrente del lado de baja tensión del transformador, se unen las conexiones adyacentes, de alta y baja tensión de la parte izquierda. Aplicar cualquier valor conveniente de tensión de c.a. a todo el devanado de alta tensión y tomar lecturas primero de la tensión aplicada y luego de la tensión entre los terminales adyacentes de alta y baja tensión de la parte derecha. Si la última lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva. Si es mayor que la primera, la polaridad es aditiva.

    Transformador ideal
    Transformador ideal
    Se realizaran las siguientes conexiones

    SI VR es menor que VA será una conexión sustractiva

    Transformador ideal

    Si VR es mayor que VA será una conexión Aditiva

    Transformador ideal

    VA = Tensión de prueba

    VR = Tensión a medir

    Transformador ideal
    Se deberá verificar que la potencia en el primario sea igual que la del secundario para verificar lo estudiado según teoría si no es así se vera verificar a que se deben las perdidas

    Transformador ideal

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    Transformador ideal

    Transformador ideal

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