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TEMA 1. PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
1.- Define la ley de Faraday, pon su expresión y di para qué máquinas es aplicable. ● La fem inducida en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo que atraviesa una superficie cualquiera en el tiempo con el circuito como borde. Se emplea en máquinas rotativas (generadores) y en estáticas
(transformadores). FEM (Ɛ) = -N*dϕ / dt
2.- La intensidad de campo magnético H, ¿depende del medio? ● La existencia de la inducción magnética β, se debe a una causa caracterizada por la H , que es independiente de la naturaleza del medio, ya que, tanto el número de
espiras N , como la longitud L , lo son. H = N*I / L
● La inducción magnética β, cuyo valor está ligado a la intensidad de campo a través de la permeabilidad, depende de la naturaleza del medio donde se genere el campo
magnético. En el vacío β = μ0*H, siendo μ0 la permeabilidad magnética del vacío
(μ0=4pi10^-7). 3.- Experiencias de Faraday ● Siendo R una resistencia variable, si en el circuito primario P suponemos que el número de espiras es menor que en el circuito secundario S, a presión constante ( P=UI // P=RI^2* ), se produce en el circuito secundario un aumento de la U y un descenso de la I. Esto va a reducir las pérdidas por efecto Joule. 4.- ¿En qué se basa el funcionamiento de la ley de Faraday? ● E = (BV)L** ● Los generadores rotativos de corriente continua (dinamos), los generadores rotativos de corriente alterna (alternadores) y los transformadores.
5.- Define la ley de Laplace, su funcionamiento y sus aplicaciones. ● La fuerza que aparece sobre un conductor, inmerso en un campo magnético, por el que pasa una corriente eléctrica es proporcional al valor de la intensidad y al de la inducción magnética (siempre que la intensidad sea perpendicular al campo). Funciona como un motor. F = (IB)L** 6.- Clasifica las máquinas según la transformación de energía que realizan. ● Generadores (energía mecánica → energía eléctrica). Ej: turbinas. ● Motores (energía eléctrica → energía mecánica). Ej: poleas de ventilador o ascensor. ● Transformadores (energía eléctrica con unos parámetros → energía eléctrica con parámetros diferentes). + espiras → + tensión. 7.- ¿Las máquinas eléctricas son reversibles? ● SI, tanto el motor como el generador. Las partes se dividen en estator y rotor. ● El campo magnético del entrehierro constituye el medio de acoplamiento de los sistemas eléctrico y mecánico. 8.- Los transformadores no tienen entrehierro, el núcleo magnético constituye el medio de acoplamiento entre el primario y el secundario. Los electrones que circulan por el circuito eléctrico están “confinados”. Las líneas de flujo circulan por el camino más fácil (permeable), no todo el flujo queda confinado en la chapa magnética (también van por el aire). 9.- ¿Dónde se colocan los devanados? Tipos de devanados. ● Se pueden colocar tanto en el estator como en el rotor, dependiendo de la facilidad constructiva de la máquina. ● Los tipos son: INDUCTOR, EXCITACIÓN O CAMPO, es el que crea un flujo en el entrehierro e INDUCIDO, en él se inducen corrientes por la variación de flujo. 10.- Elementos básicos de las máquinas eléctricas. ● Estator. ● Rotor. ● Devanados. ● Carcasas. ¿Qué son las carcasas? ● Es parte exterior de la máquina y cubre el estator. Dispone de : ○ Elementos de sujección de la máquina ○ En sus lados se disponen las tapas que alojan los rodamientos de apoyo del rotor.
● Para introducir o sacar corrientes de los bobinados del rotor se recurre a sistemas colectores: ○ Colector de anillos en corriente alterna ○ colector de delgas de corriente continua 15.- De forma esquemática, ¿Cómo es un devanado concentrado? 16.- Indica los tipos de devanado distribuido ¿Cuál es más efectivo y por q ● Anillo ● Tambor, es más efectivo porque todos los lados activos de las bobinas se colocan en la periferia externa de la máquina de tal manera que son cortados todos ellos por las líneas de campo y la máquina es más efectiva, se genera más fuerza y funciona como generador. 17.- Devanado distribuido atendiendo a si tiene principio y fin: ● Abiertos, si tienen principio y fin, usados en corriente alterna. ● Cerrados, no tienen principio ni fin, usados en corriente continua. ○ Imbricados ○ Ondulados 18.- Devanado distribuido atendiendo a la forma de las bobina: ● Concéntricos. ● Excéntricos.
TEMA 2. TRANSFORMADORES PARTE 1
Definición: máquina estática que funciona con corriente alterna y está constituido por dos arrollamientos, primario (recibe energía) y secundario (cede energía). En un circuito magnético hay pérdidas en el hierro por histéresis y por corrientes de Foucault. ¿Por qué hicieron posible el enorme desarrollo de energía eléctrica los transformadores? ● A igual potencia, si aumenta la tensión, disminuye la intensidad. ● Las pérdidas durante el transporte y la distribución son proporcionales a I^2. Pp=3RI^ ● El transporte de energía eléctrica se realiza a tensiones muy altas para evitar pérdidas. ● Los alternadores en las centrales trabajan a tensiones relativamente bajas, esta tensión se eleva para ser transportada hasta los núcleos urbanos, donde la tensión es reducida para su distribución por motivos constructivos y de seguridad. De esta manera las pérdidas de tensión son escasas, lo que se traduce en eficiencia energética. Principales aspectos constructivos (NÚCLEO): ● Circuito magnético de chapa de acero al silicio laminada, aislada mediante carlite. ● Consta de juntas entre chapas, cuyo espesor debe ser el menor posible para reducir la reluctancia y la intensidad de magnetización, y columnas y culatas, cuyos huecos son ventanas. ● Según la posición del núcleo y los devanados pueden ser acorazados o de columna.
TEMA 3. TRANSFORMADORES
¿Es un transformador elevador o reductor? ● Reductor, debido a que el número de bobinas en el secundario es menor que en el primario PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR IDEAL: ● Las bobinas del primario y secundario son ideales (sin resistencia ni pérdidas en Cu) ○ No existen flujos de dispersión, el flujo circula por el circuito magnético. ○ Si el núcleo fuese ideal no tendría pérdidas ni por histéresis ni por Foucault. Ley de Lenz: las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación de flujo magnético que las produjo. ● e1 es una fuerza contraelectromotriz, se opone a la fuerza de entrada. ● e2 es una fuerza electromotriz, generadora de que no hay corriente en el secundario ○ Primario (receptor) y secundario (generador). ● Valores eficaces:
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR REAL:
Funcionamiento en carga ● Al cerrar el interruptor → aparece I2 → fmm desmagnetizante H=(NI)/L* Se opone a la magnetizante (N1I0), entonces el flujo disminuye y e1 disminuye. Como V1=cte, analizando el circuito en el primario queda V1-E1-I1(R1+X1)= → I1 va a aumentar, pasa de valor I0 a I1 cuando cerramos el circuito. Si I1 > I0, aumenta la fmm en el primario al valor N1I1, de este modo el flujo recupera su valor. En el vacío: I1 = I0 +I ́ 2 , siendo I ́ 2, una corriente adicional al cerrarse el circuito. Finalmente tenemos: N1I ́ 2 = N2I2,** la fmm del secundario se compensa al cerrar el interruptor porque el flujo se puede considerar como constante. Siendo m = N1/N2. Circuito equivalente de un transformador ● Conversión fem y tensiones ● Conversión con la corriente Despejamos I´ ● Conversión de impedancias ○ Tenemos que considerar la igualdad de potencia activa entre el circuito real y el equivalente. ● Podemos sustituir la bobina y el circuito magnético real por: ○ Una RFe tal que la potencia disipada sea igual a la pérdidas en el hierro. ○ Una Xμ, tal que circule una Iμ igual a la componente magnetizante de la corriente de vacío.
ENSAYO DE CORTOCIRCUITO (pregunta de examen y fórmulas) ¿En qué consiste el ensayo de cortocircuito? ● Consiste en cortocircuitar el secundario e ir subiendo despacio la tensión del primario hasta que circule la corriente asignada por los devanados.
TEMA 4. TRANSFORMADORES
CAÍDA DE TENSIÓN EN UN TRANSFORMADOR.
● Es la diferencia entre las tensiones secundarias cuando el transformador trabaja en
vacío (V20) y en carga (V 2): ΔV2 = V20 - V
● Si la expresamos en %: Fórmulas a tener en cuenta: Explica el efecto Ferranti ● Si la carga conectada es capacitiva, la caída de tensión puede hacerse negativa, es decir, la tensión secundaria puede ser mayor en carga que en vacío. ● Si la carga es capacitiva, φ 2 es negativo y si ( φcc – φ 2 ) > 90º El coseno se hace negativo y por tanto la caída de tensión. Siendo V´2 > V1n.
CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO
- Se produce cuando estando el transformador alimentado a su tensión asignada primaria, se unen entre sí las fases aguas abajo del mismo o una de las fases a tierra.
- Las corrientes, tanto de primario como de secundario, tendrán valores muy elevados, poniendo en peligro la máquina debido a:
- Efectos térmicos (calentamiento por efecto Joule en devanados).
- Efectos electrodinámicos (deformación de las espiras por fuerzas de atracción).
- Cuanto mayor sea la tensión de cortocircuito y por tanto, la impedancia de cortocircuito, menores serán la corriente de falta y sus negativas consecuencias.
- PERO Cuanto mayor sea la tensión de cortocircuito (caída de tensión en Zcc) y por tanto, la impedancia de cortocircuito:
- Las pérdidas aumentan y el rendimiento del transformador disminuye.
- La caída de tensión aumenta.
- En la práctica:
- En transformadores de menos de 1000 kVA la εcc está entre el 1 y el 6%.
- Para potencias mayores entre el 6 y el 13 %.
TEMA 5. TRANSFORMADORES
BANCO TRIFÁSICO Y TRANSFORMADOR TRIFÁSICO
● La transformación de un sistema trifásico se puede hacer: ○ Utilizando tres transformadores monofásicos (banco trifásico) ○ Utilizando un transformador trifásico. ¿Dónde se suelen poner los bancos trifásicos compuestos por 3 transformadores monofásicos? -En nodos de las redes que tengan mucha importancia en el sector eléctrico. El banco trifásico presenta inconvenientes frente al transformador trifásico, a igualdad de potencia asignada total: ● Coste muy superior. ● Mayores pérdidas en el hierro y por tanto, peor rendimiento. ● Mayor volumen ocupado. Puede resultar ventajoso cuando: ● Existan dificultades de transporte ● Cuando se requiera disponer de un transformador de reserva El proceso de simplificación del núcleo de un transformador trifásico es: ● La suma de tres flujos de igual módulo y desfasados 120 º es igual a cero. ● Ya que por la columna central no circula flujo esta se puede eliminar, se pueden alinear las culatas resultando el núcleo de tres columnas.
ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE TRANSFORMADORES
● Cuando aumenta la demanda en un sistema eléctrico es necesario aumentar la potencia de los transformadores de distribución. ● En lugar de retirar el transformador antiguo e instalar uno de mayor potencia, puede resultar ventajoso instalar uno nuevo en paralelo con el antiguo. ● Las condiciones para un correcto funcionamiento en paralelo son: ○ Que tengan la misma relación de transformación (mismas tensiones nominales primarias y secundarias). ○ Que tengan la misma tensión de cortocircuito, necesario para el correcto funcionamiento en carga ya que al conectar la carga, la potencia total suministrada por los dos transformadores debe repartirse en la proporción de sus potencias asignadas. ○ Que tengan el mismo índice horario, al conectar los primarios a un sistema trifásico común, las tensiones secundarias solamente estarán en fase si el índice horario es el mismo.
