Transformadores

Un transformador es una máquina eléctrica estática que funciona por efecto de la inducción magnética. Consta de un núcleo con una primera bobina (primario) y una segunda bobina (secundario) que produce corriente eléctrica.

Constitución del Transformador

• Núcleo: Acopla magnéticamente los arrollamientos de las bobinas.
• Devanados: Arrollamientos de cable, bobinas.

Pérdidas en Transformadores

• Reluctancia del circuito magnético (a mayor valor, mayores pérdidas).
• Resistencia de los devanados (pérdidas térmicas).
• Pérdidas en el hierro por corriente de Foucault (calor).
• Histéresis magnética.
• Dispersión del flujo magnético.

Características Eléctricas

• Tensiones de primario (V1) y secundario (V2).
• Caída de tensión en el secundario.
• Corriente de primario (I1) y secundario (I2).
• Frecuencia (f o ν) en hercios (Hz).
• Potencia aparente (S).
• Densidad de corriente (j).

Rendimiento

Característica eléctrica definida por una fórmula.

Terminales Homólogos

La necesidad de obtener distintas tensiones de un transformador exige identificar sus terminales de manera adecuada. Se identifican marcándolos con un punto. Constan de varios grupos de bobinas conectadas entre sí.

Clasificación por Fases

• Transformador Monofásico

  Constituido por un devanado primario alimentado por un sistema de corriente monofásica y un secundario con otro proporcional. Uno o los dos devanados pueden disponer de conexión multitoma para diferentes valores de tensión.

• Transformador Trifásico

  Constituido por tres grupos de bobinas, pudiéndose conectar de diferentes formas (estrella, triángulo o zig-zag), alimentado mediante un sistema trifásico de corriente alterna.

Clasificación por Aplicación

• Transformadores Reductores

  Transforman la tensión aplicada del primario en una tensión menor en el secundario.

• Transformadores Elevadores

  Tienen el efecto contrario: la tensión del secundario es superior a la aplicada en el primario.

• Transformadores de Impedancia

  Adaptan antenas y líneas de transmisión. Son imprescindibles para los amplificadores de válvulas.

• Transformadores de Medida

  Sirven para instalar instrumentos, contadores, relés protectores en circuitos de alta tensión. Aíslan los circuitos de medida o de relés, no se pueden conectar directamente a la red.

  • Transformadores de Tensión

    Dispositivos que se conectan a los voltímetros y vías de tensión. Se utilizan para la medida de tensiones alternas elevadas.

  • Transformadores de Intensidad

    Conectan amperímetros y vías de corriente. La potencia nominal varía de 5 a 120 VA según tamaño e intensidad. Solo trabajan con el arrollamiento de salida en carga o puesto en cortocircuito.

• Transformadores de Aislamiento

  Sirven de protección, proporcionan aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. Alimentan de energía a cargas críticas, con tensiones de 230 o 400V en primario para salida de 230V.

• Transformadores de Distribución

  Suministran baja tensión a los usuarios finales. Se clasifican en subterráneos, de exterior o interior.

Clasificación por Construcción

• Transformadores de Columnas

  • Transformadores Monofásicos de Columnas

    Ambos devanados están montados en diferentes columnas del núcleo.

  • Transformadores Monofásicos Acorazados

    Se utiliza un núcleo cerrado de tres columnas. La columna central es doble de ancha que las laterales y en ella se encuentran los devanados primario y secundario.

  • Transformadores Trifásicos de Tres Columnas

    Tres columnas de igual tamaño y en cada una se disponen las bobinas del primario y secundario.

  • Transformadores Trifásicos de Cinco Columnas

    Ampliación al sistema trifásico del transformador acorazado que permite cerrar el circuito magnético.

  • Transformadores Trifásicos Acorazados

    Configuración similar a la de tres transformadores monofásicos acorazados. Se utilizan en transformadores de muy alta potencia.

• Transformadores Toroidales

  Forma de disco o toroide. Poco ruido, menor calentamiento, numerosas ventajas pero compleja construcción y costoso.

• Autotransformadores

  Transformador formado por un solo devanado. Dispone de bornes para el primario, un común para el secundario y un tercer borne específico del secundario. El devanado de mayor número de espiras es el destinado a la tensión mayor (al primario) y el de menor número de espiras se destina a la tensión menor (al secundario).

Pruebas en Transformadores

• Ensayo en Vacío del Transformador

  Permite obtener de manera fehaciente la relación de transformación (n), la corriente de vacío (Io), y las pérdidas magnéticas en el hierro (Pfe).

• Ensayo en Cortocircuito del Transformador

  Permite conocer las pérdidas por efecto Joule que tiene el transformador en los bobinados. Hay que cortocircuitar el secundario mediante un amperímetro. El primario se alimenta a través de una fuente de tensión alterna regulable. A este formato se le denomina Variac de tipo monofásico, pero si se monta un conjunto de 3 Variac y un sistema mecánico, se pueden mover las escobillas a la vez de manera conjunta.

• Ensayo de Carga

  Hace funcionar el transformador en las condiciones para las que se ha diseñado. Se aplica la tensión nominal del primario y se conecta la carga máxima del secundario.

• Comprobación del Aislamiento

  Mide la resistencia de aislamiento entre los devanados y entre ellos y el núcleo. Se utiliza un medidor de aislamiento. El resultado debe ser un valor óhmico muy elevado. Si es reducido, se habrá detectado un problema de aislamiento. Se comprueba la resistencia de aislamiento entre devanados y se mide el aislamiento entre núcleo y los devanados.

Acoplamiento de Transformadores

• Transformadores Monofásicos

  Para acoplar transformadores monofásicos, deben tener:

  • Igual tensión nominal primaria.
  • Igual relación de transformación.
  • Igual tensión de cortocircuito.
  • Igual potencia nominal.

• Transformadores Trifásicos

  Además de las condiciones para transformadores monofásicos, deben tener:

  • Igual conexión de bobinados primarios.
  • Igual conexión de bobinados secundarios.
  • Mismo índice horario.

Motores Eléctricos

Partes Fundamentales de un Motor Eléctrico

Un motor eléctrico es un dispositivo de conversión de energía eléctrica en energía mecánica.

• Rotor: Componente giratorio de la máquina eléctrica.
• Estator: Parte fija de la máquina, formado por una chapa magnética ranurada en la que se aloja el devanado del motor.
• Caja de bornes: Permite la conexión del motor eléctrico al sistema de alimentación.
• Placa de características: Placa de aluminio con las características del motor.
• Eje: Transmite el movimiento giratorio del motor.
• Carcasa: Continente o soporte del estator, rotor, etc.
• Tapa de ventilador y ventilación: Refrigera el motor.
• Rodamientos, juntas de estanqueidad.

Inversión de Giro de Motor Monofásico con Condensador de Arranque

Disponibilidad de 4 conexiones.

Motor Asíncrono Trifásico

Es el más utilizado.

• Estator de Motores Asíncronos

• Rotor en Cortocircuito o Jaula de Ardilla

  

• Rotor Bobinado

  Aplicaciones muy concretas con un gran par motor.

  

Características de Motores Asíncronos

• Deslizamiento

  Diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad real.

• Proceso de Arranque

  Al conectar las bobinas del estator, el campo magnético corta los conductores induciendo una fuerza electromotriz (f.e.m.) elevada que proporciona una fuerte corriente.

• Aceleración y Cargas

  Al conectar el motor, en el mismo instante de arrancar, empieza a circular corriente por el rotor parado.

• Par de un Motor y Velocidad de Giro

  Interacción magnética entre estator y rotor. Se crean una serie de fuerzas magnéticas que producen movimiento.

Motores de Corriente Continua (CC)

Se utilizan para la robótica y el posicionamiento cuando se necesita un par de arranque elevado y una velocidad fácilmente regulable.

Partes Principales de un Motor CC

• Colector de Delgas

  Cilindro dividido por sectores fabricados de cobre electrolítico.

• Escobillas

  Transmiten corriente al inducido a través de su frotamiento con cada pareja de delgas del colector.

• Estator

  Estructura donde se sitúa el circuito inductor. Consta de una envolvente de acero laminado o hierro forjado.

• Rotor

  Los pares de fuerza originados en los conductores del rotor son aplicados de una forma lo más constante posible.

• Caja de Bornes

  Se sitúan los extremos de las conexiones de las bobinas del motor.

Principio de Funcionamiento de Motor CC

La base del motor de corriente continua es el aprovechamiento de las fuerzas que aparecen en un conductor por el que circula electricidad al estar sometido a un campo magnético.

Características de Motores CC

• Fuerza Contraelectromotriz

• Corriente del Inducido

• Corriente Absorbida en el Arranque

• Rendimiento de un Motor Eléctrico

• Velocidad de Giro

Tipos de Conexión de los Motores de CC

• Motor con Excitación Derivación o Shunt

  El devanado de excitación se conecta en paralelo con el inducido.

• Motor con Excitación Independiente

  El devanado de excitación se conecta a una fuente de tensión diferente a la aplicada en el inducido.

• Motor con Conexión en Serie

  La intensidad de excitación es igual a la intensidad que circula por el inducido.

• Motor de Excitación Compound

  El devanado es doble: una parte está en serie con el inducido y la otra en paralelo.

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