Transformadores Estáticos

Los transformadores estáticos son máquinas de corriente alterna (CA) que convierten la electricidad producida en las centrales en una tensión apta para ser transportada por líneas de alta tensión. Posteriormente, esta tensión se transforma de nuevo para distribuirla a todos los abonados a un nivel adecuado. Su función principal es modificar alguna característica de la corriente eléctrica, como la tensión o la intensidad.

Clasificación

• Transformadores de potencia: Varían el valor de la tensión para el transporte y distribución de energía.
• Transformadores de medida: Varían los valores de grandes tensiones o intensidades para poder medirlas sin peligro.

Estructura Interna

• Núcleo ferromagnético: Es un bloque metálico formado por chapas ferromagnéticas aisladas entre sí. Su estructura laminar disminuye las corrientes parásitas. Se compone de:
  • Columnas: Partes verticales donde se montan los bobinados.
  • Yugos: Partes horizontales que cierran el circuito magnético.
• Bobinados (o devanados): Son dos, el primario (donde se aplica la tensión de entrada) y el secundario (donde se conecta la carga).

Tipos de Conexión de Bobinados

• Devanados simétricos: Cada bobina está conectada en una columna diferente.
• Devanados concéntricos: Los enrollamientos están uno sobre el otro, aislados entre ellos.
• Devanados alternados: Es una combinación de las dos anteriores.
• Devanados acorazados: El núcleo tiene tres columnas y las bobinas son concéntricas, con la columna central alojándolas.

Funcionamiento

El bobinado primario se conecta a una tensión Vp (tensión primaria), provocando la circulación de una corriente Ip (corriente primaria). Esta corriente genera un flujo magnético variable en el núcleo. Este campo induce una tensión Vs (tensión secundaria) en el bobinado secundario.

Comportamiento de un Transformador con Carga

Cuando el transformador se conecta a una carga en el secundario, circula una corriente alterna sinusoidal (corriente secundaria). Esto provoca una variación del flujo magnético común que atraviesa ambos bobinados. Como varían simultáneamente, la fuerza electromotriz (FEM) total se mantiene constante, y su valor, así como el del flujo magnético, varían poco del estado de vacío al de carga. La relación entre la corriente primaria y la secundaria cuando el transformador trabaja en carga es inversamente proporcional a la relación de transformación de la máquina cuando trabaja en vacío.

Pérdidas en un Transformador Real

• Pérdidas en el cobre: Ocurren por el efecto Joule tanto en el primario como en el secundario.
• Pérdidas por corrientes parásitas: Se producen a causa de la resistencia del núcleo ferromagnético.

Transformador Trifásico

Existen dos maneras de construirlo: usando tres transformadores monofásicos o, de forma más eficiente, montando tres bobinas sobre un núcleo común. El núcleo tiene tres columnas; sobre cada una se monta el primario y el secundario de una fase. Los tres primarios pueden estar conectados en estrella o en triángulo, y lo mismo ocurre con los bobinados secundarios. Las posibles conexiones son:

• Estrella – Estrella
• Estrella – Triángulo
• Triángulo – Estrella
• Triángulo – Triángulo

Motores de Corriente Continua (CC)

Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotativas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Los motores de CC se alimentan exclusivamente con corriente continua. Su construcción es más compleja que la de los motores de CA y requieren colectores de delgas y escobillas, lo que incrementa su mantenimiento.

Constitución General

Se componen de dos partes fundamentales: una parte móvil llamada rotor y una parte fija llamada estator.

Régimen de Funcionamiento

La energía desarrollada depende del circuito exterior conectado. Un motor puede operar en diferentes regímenes:

• En vacío: Cuando no está conectado a ninguna carga mecánica.
• Régimen nominal: Cuando opera en las condiciones para las que ha sido construido. Si trabaja exactamente en su valor nominal, se dice que está a plena carga.
• Sobrecarga: Puede trabajar a una potencia superior a la nominal por breves periodos.
• Estabilidad: Una máquina es estable si es capaz de reaccionar y compensar variaciones para volver a su estado nominal. Es inestable cuando su respuesta la aleja del régimen nominal.

Tipos de Pérdidas y Rendimiento

• Pérdidas mecánicas: Por el rozamiento de las piezas móviles y la circulación de aire para la refrigeración.
• Pérdidas eléctricas (o en el cobre): Causadas por el efecto Joule en los devanados.
• Pérdidas magnéticas (o en el hierro): Dependen de las variaciones de los campos magnéticos y su frecuencia.
• Rendimiento: Es la relación entre el trabajo útil que produce y la energía total que consume.

Estructura Interna

Todos los motores y generadores de CC tienen una estructura similar.

Estator o Inductor (Parte estática)

• Carcasa o culata: Cilindro metálico que forma el cuerpo, conduce el flujo magnético y soporta los demás elementos.
• Polos: Piezas de material ferromagnético donde se enrollan las bobinas inductoras.
• Bobinas inductoras: Crean el campo magnético principal al ser recorridas por una corriente.

Rotor o Inducido (Parte móvil)

• Núcleo o armadura: Cilindro formado por discos finos de chapa magnética y aislados entre sí.
• Bobinas inducidas: Se alojan en las ranuras de la superficie del núcleo.
• Colector o conmutador: Conecta el inducido con el exterior. Está formado por láminas de cobre (delgas) montadas sobre el eje y aisladas entre sí.
• Escobillas: Piezas de carbón o grafito que hacen contacto con el colector para permitir el paso de la corriente eléctrica.

Funcionamiento

El funcionamiento se basa en la interacción de los campos magnéticos del rotor y el estator. La corriente de alimentación (I) penetra en la máquina a través del colector y circula por el devanado del rotor. La corriente de excitación (Ie) circula por el devanado del estator, creando un campo magnético (B). La interacción de este campo con la corriente del rotor genera una fuerza sobre los conductores que provoca el giro.

Motores de Corriente Alterna (CA)

Existen principalmente dos tipos:

• Máquinas síncronas: Motores y generadores donde la corriente del devanado inductor es suministrada por una fuente externa de corriente continua.
• Máquinas de inducción (o asíncronas): Son los motores más utilizados. Las corrientes del devanado del rotor se obtienen por inducción magnética desde el estator.

Diferencias entre Motores de CC y CA

• La ubicación de las bobinas inductoras e inducidas varía según el tipo de máquina.
• En las máquinas de inducción de CA no hay conexión eléctrica entre el rotor y el estator.
• Los motores de inducción de CA no tienen colector ni escobillas, lo que simplifica su mantenimiento.

Estructura Interna

• Estator: Formado por una carcasa exterior y un núcleo interior en forma de corona con ranuras donde se alojan las bobinas. Los más comunes son los trifásicos.
• Rotor: Es diferente al de los motores de CC. En los motores de inducción, está formado por barras de cobre o aluminio unidas por anillos en sus extremos (rotor de jaula de ardilla). En los motores síncronos, el rotor tiene un devanado alimentado por CC a través de anillos rozantes.

Principio de Funcionamiento

En un motor síncrono, se necesita una corriente continua (CC) que circule por el devanado del rotor (inductor) y una corriente alterna (CA) que circule por el devanado del estator (inducido). Cada una de estas corrientes crea un campo magnético. La interacción entre ambos campos genera el par motor que provoca el movimiento giratorio.

Etiquetas: bobinado, motor de corriente alterna, motor de corriente continua, rotor, transformador estático