Transformadores

Electrónica. Funcionamiento. Disposición constructiva. Características. Alternador. Motores: corriente continua, alterna, asíncrono trifásico y monofásicos

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TRANSFORMADOR

ALTERNADOR

MOTOR

TRANSFORMADOR

-Una de las principales razones por la que se emplea la corriente alterna y no la continua en la producción, transporte, distribución y consumo de la electricidad es que este tipo de corriente es muy fácil de elevar y reducir su tensión mediante el transformador.

-Gracias al transformador se puede aumentar la tensión antes de transportar la energía a grandes distancias por líneas de alta tensión, con el fin de reducir la intensidad.

-Con ellos también se puede reducir la tensión con el fin de distribuirla y consumirla a valores que sean seguros para las personas que manipulan los sistemas eléctricos.

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR

-Un transformador posee dos bobinados, uno primario y uno secundario que se arrollan sobre un núcleo magnético común, formado por chapas magnéticas apiladas.

-Por el bobinado primario se conecta la tensión de entrada, y por el secundario obtendremos la tensión de salida.

-El mismo transformador puede actuar como elevador o reductor.

-El transformador es considerado como una máquina eléctrica estática, que es capaz de cambiar la tensión e intensidad en C.A. sin modificar la frecuencia ni la potencia transferida.

DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA DEL TRANSFORMADOR

-Los transformadores tienen el núcleo de hierro con forma de ventana y está constituido por numerosas chapas magnéticas de diferente espesor, apiladas unas encima de otras y aisladas entre sí mediante un barniz.

-Esta disposición reduce considerablemente las pérdidas que aparecen en el hierro por efecto de las corrientes parásitas.

-Para formar el paquete de chapas se utilizan tornillos o remaches, procurando que queden aislados de las chapas.

-Se trata adecuadamente las superficies exteriores del núcleo para evitar la corrosión.

-Los dos bobinados aparecen arrollados sobre un carrete que abraza la columna central del núcleo.

-El conductor que se utiliza para las bobinas suele ser de cobre aislado mediante un barniz.

RENDIMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

-Se puede decir que el rendimiento de un transformador es la relación entre la potencia suministrada a la carga por el secundario (P2) y la potencia absorbida de la red por el primario (P1) expresada en tantos por ciento, de esta forma el rendimiento vendrá dado por la siguiente expresión:

CARACTERÍSTICAS NOMINALES DE UN TRANSFORMADOR

-La potencia nominal de un transformador monofásico es el producto de su tensión nominal primaria por la corriente primaria:

Sn = Vn x In

-Se entiende por tensiones y corrientes nominales los valores para los cuales ha sido proyectado el transformador.

-La potencia nominal de un transformador es un valor de referencia y está fijado desde un punto de vista térmico.

-Cuando nosotros exigimos a un transformador que trabaje a una potencia superior a la nominal, este se calienta excesivamente.

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

-Es el de más extensa aplicación en los sistemas de transporte y distribución de energía eléctrica.

-Este tipo de transformadores se construyen para potencias nominales también elevadas.

-Se puede decir que está constituido por tres transformadores monofásicos montados en un núcleo magnético común.

-Los principios impuestos para los sistemas monofásicos son aplicables para los trifásicos, solo que ahora se aplicaran a cada una de las fases de los mismos.

REFRIGERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES

-Si el calor que se produce en los transformadores no se evacua convenientemente se puede producir la destrucción de los materiales aislantes de los devanados.

-Para evacuar este calor se emplean diferentes métodos de refrigeración en función de la potencia nominal del transformador y la ubicación del mismo, como por ejemplo:

  • Para transformadores de pequeña potencia (hasta 50 KVA): La refrigeración se realiza aprovechando el aire que envuelve a los mismos. Si no hay ventilación suficiente, se añadirán ventiladores.

  • Para transformadores de pequeña potencia (menos de 200KVA): Se sumergen en aceite mineral o silicona. El aceite transmite el calor de transformador al exterior por convección natural.

  • Para transformadores de gran potencia: Se añaden aletas de refrigeración en la cubierta exterior del mismo.

CARACTERISTICAS DE UN TRANSFORMADOR

-Es importante conocer los datos característicos que es necesario aportar para realizar la adquisición de un transformador para una determinada aplicación.

-Seguidamente indicamos los mas relevantes:

  • Potencia nominal en KVA.

  • Tensión primaria y secundaria.

  • Regulación de tensión en la salida.

  • Grupo de conexión.

  • Frecuencia.

  • Normas de aplicación.

  • Temperatura máxima ambiente.

  • Altitud de instalación sobre el nivel del mar.

  • Accesorios principales.

  • Instalación interiores o interperie.

ALTERNADOR

-El alternador es una máquina eléctrica que transforma la energía mecánica, aportada a su eje por una turbina, en energía eléctrica en forma de corriente alterna.

-Hoy en día es el generador mas utilizado para le producción de energía eléctrica, dejando en desuso a las dinamos.

-Además presentan mayores ventajas, como por ejemplo, la ausencia de colectores de delgas y escobillas para la extracción de la energía del generador.

-Basan su funcionamiento en el principio general de la inducción electromagnética.

CONSTITUCIÓN DE UN ALTERNADOR DE INDUCIDO FIJO

-El alternador consta de un circuito inductor y uno inducido.

-El circuito inductor está constituido por un cierto número de electroimanes, cuyo bobinado se realiza de tal forma que los polos presenten alternativamente una polaridad norte y sur, y cuyo número total es siempre par.

-La alimentación de los devandados del inductor se realizará con corriente continua a través de dos anillos colectores y un par de escobillas.

-El circuito inducido está constituido por tres bobinas situadas a 120º una de otra y alojadas en ranuras practicadas en un núcleo cilíndrico y hueco de chapas magnéticas.

-La conexión del devanado trifásico suele ser en estrella, conectando el neutro a tierra.

-El devanado de cada fase del inducido se compone de varias bobinas conectadas de tal forma que las fuerzas electromotrices generadas en cada uno de los conductores que las componen se sumen.

FRECUENCIA DEL ALTERNADOR

-Para que produzca una C.A. de frecuencia fija, como corresponde al funcionamiento normal de un alternador, debe girar a una velocidad constante, conocida como velocidad síncrona.

-La frecuencia que produce un alternador es directamente proporcional a la velocidad del alternador y al número de pares de polos del circuito inductor.

ACOPLAMIENTO DEL ALTERNADOR

-Cuando se desea aumentar la potencia suministrada por un sistema de C.A. se acoplan en paralelo varios alternadores.

-Para realizar un acoplamiento con éxito es necesario que se cumplan las siguientes condiciones:

  • La tensión de los alternadores a acoplar será igual.

  • La frecuencia de los alternadores también será la misma.

  • El orden de sucesión de fases debe ser igual.

  • En el momento de la conexión las tensiones de los alternadores deben estar en fase. Es decir, las sinusoides que representen a las tensiones de cada uno deben superponerse exactamente.

-Los alternadores deben funcionar a una velocidad rigurosamente constante para conseguir mantener la frecuencia a un valor fijo.

MOTOR

-Los motores son máquinas eléctricas rotativas que transforman la energía eléctrica en mecánica.

-Así, por ejemplo, el motor eléctrico de un taladro convierte la energía que recibe de la red en energía mecánica (rotación de la broca de la máquina).

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

-Presentan el inconveniente de que solo son alimentados a través de equipos rectificadores que conviertan la corriente alterna de la red en corriente continua.

-Su construcción es mucho más compleja que los de corriente alterna.

-En contrapartida, poseen un par de arranque elevado, y su velocidad se puede regular con facilidad, lo que les hace ideales para ciertas aplicaciones: tracción eléctrica (tranvías, trenes).

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

-Se basa en las fuerzas que aparecen en los conductores cuando son recorridos por corrientes eléctricas, y a su vez están sometidos a la acción de un campo electromagnético.

-Cuando un conductor está inmerso en el seno de un campo magnético y hacemos circular por él una corriente eléctrica, aparecen fuerzas de carácter electromagnético que tienden a desplazarlo.

-El valor de la fuerza aumenta con la intensidad de la corriente, con el valor de la inducción del campo magnético y con la longitud del conductor.

CONSTITUCIÓN

-La constitución es exactamente igual que la de un generador de corriente C.C.

-Está máquina es reversible y por lo tanto puede funcionar como motor o como generador.

-Se necesitan tres partes fundamentales para su funcionamiento:

  • Un circuito que produzca el campo magnético (circuito inductor).

  • Un circuito que al ser recorrido por la corriente eléctrica desarrolle partes de fuerza que pongan en movimiento el rotor (circuito inducido).

  • Un colector de delgas con escobillas.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

-Es el que más se utiliza para la mayor parte de las aplicaciones.

-Consiguen buen rendimiento, bajo mantenimiento y sencillez en su construcción.

MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO

-Al igual que los motores de C.C. funciona gracias a los fenómenos de inducción electromagnética.

-Son los más utilizados gracias a su sencillez, robustez y fácil mantenimiento.

-Consiguen mantener su velocidad bastante estable.

-Dependiendo del tipo de rotor que utilicen, existen dos tipos fundamentales:

  • Motores de rotor en cortocircuito o jaula de ardilla.

  • Motores de rotor bobinado.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO

-Se basan en la generación de un campo magnético giratorio en el estator, coincidiéndote con la velocidad síncrona, que corta a los conductores del rotor y los hace girar.

-Se dispone de un imán en forma de U, de tal forma que pueda girar por su eje central mediante una manivela.

-Muy próximo a los polos se sitúa un disco de material conductor (cobre o aluminio), de tal forma que también pueda girar.

-Al girar el imán se puede comprobar que el disco también gira, pero a una velocidad un poco menor que el imán.

MOTORES MONOFÁSICOS

-El suministro de C.A. trifásica no siempre está disponible en todas las instalaciones, así por ejemplo, las viviendas son alimentadas con C.A. monofásica (fase + neutro).

-En estos casos dada la sencillez, robustez, bajo precio y ausencia de chispas, son de gran aplicación los motores monofásicos de inducción de rotor en cortocircuito.

-Para pequeños electrodomésticos (batidoras, molinillos, etc…) la tendencia es a utilizar el motor universal.

-En cualquier caso la utilización de motores monofásicos será para aplicaciones de pequeña potencia.