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Presentación
UNPEC
Tema:
Transformadores y Factor de Rizado
Materia:
Electronica I
Profesora:
Nirvio Peña
Nombre:
Jadiel Hernández A.
Matricula:
2005-1043
Fecha:
Lunes 7 de junio 2010
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Introducción
El siguiente trabajo se realizo con el propsito de dar una breve
introduccin al tema de los transformadores que son, explicar de forma
concisa cuales teoremas matemticos explican su funcionamiento y los tipos
de transformadores conocidos. Adems se explica brevemente que es el
factor de rizado y su teorema matemtico.
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Transformador
Los transformadores son mquinas elctricas
estticas que permiten modificar los valores de voltaje
y corriente con el fin de que stos tomen los valores
ms adecuados para el transporte y distribucin de la
energa elctrica.
Se compone de un ncleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias
espiras (vueltas) de alambre conductor.
La utilidad de los transformadores elctricos se debe a la economa que
se obtiene al efectuar el transporte de la energa elctrica a altos
voltajes.
Acordarse de que, para la misma potencia, a mayor tensin menor
corriente circular por el conductor y el calibre de este ser menor. Y un
conductor de menor calibre es ms barato.
La seccin o rea transversal del conductor necesaria en una lnea de
transmisin es inversamente proporcional al cuadrado del valor del voltaje
que se haya adoptado para el transporte de la electricidad.
Lo anterior explica la conveniencia del empleo de altos voltajes en el
transporte de la energa elctrica.
As como los transformadores se utilizan para elevar el voltaje y permitir
el transporte de la corriente a largas distancias, los transformadores
tambin se utilizan para la reduccin del voltaje a niveles aceptables para
uso domstico e industrial
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En el grfico anterior se muestra el procedimiento general de distribusin
de energa desde su generacin hasta la entrega final de esta en la
industria o para uso domstico.
Transformador Ideal
Si el transformador es Ideal quiere decir que:
Esto significa que:
- No tiene prdidas por calor
- No hay cadas de voltaje en los bobinados de los arrollados
- No hay capacitancias debido a los bobinados- No hay prdidas por histresis en el ncleo, etc.
Transformador Real
En el caso de que sea real y todas estas cosas se deban tomar en cuenta
se utilizan circuitos equivalentes siendo:
Los valores son:
- Rp: es la resistencia del bobinado primariomedida directamente con un multmetro.
- Rs: es la resistencia del bobinado secundario
medida directamente con un multmetro.
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En este caso el efecto piel se puede despreciar (el efecto piel causa que
el valor de la resistencia se incremente dependiendo de las dimensiones del
conductor)
Lp y Ls (los bobinados primario y secundario) se comportan como en un
transformador ideal.
Esto significa que:
- Cualquier tensin que haya en el bobinado primario aparecer en el
secundario modificado en un factor 1/n.
- Cualquier corriente que haya en el bobinado secundario aparecer en el
secundario modificada en un factor n.
- Una impedancia a travs de Ls se refleja en Lp multiplicada por un
factor igual a 1/n2. (ver transformador ideal)
Donde n: es la razn de transformacin o razn de vueltas entre los
bobinados primario y secundario
La resistencia Rh representa las prdidas por histresis en el ncleo.
Usualmente es varias veces mayor en magnitud que la reactancia XLp.
(reactancia del bobinado primario). Dependiendo de su magnitud se podra
despreciar.
Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:
Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y
Bobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje
transformado.
- La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que har circular, por ella,
una corriente alterna.
- Esta corriente inducir un flujo magntico en el ncleo de hierro.
- Como el bobinado secundario est arrollado sobre el mismo ncleo dehierro, el flujo magntico circular a travs de las espiras de ste.
- Al haber un flujo magntico que atraviesa las espiras del "Secundario",
se generar por el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado
secundario habra una corriente si hay una carga conectada (el secundario
conectado por ejemplo a un resistor)
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La razn de transformacin del voltaje entre el bobinado "Primario" y el
"Secundario" depende del nmero de vueltas que tenga cada uno. Si el
nmero de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario
habr el triple de voltaje. La frmula:
Entonces:Vs = Ns x Vp / Np
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del nmero
de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal.
(la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de l, se
desprecian las perdidas por calor y otras), entonces:
Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps
Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede
averiguar su potencia usando la siguiente frmula.
Potencia = voltaje x corriente
P = V x I (en watts)
Aplicando este concepto al transformador y como
P(bobinado pri) = P(bobinado sec)
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La nica manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es
que cuando el voltaje se eleve, la corriente se disminuya en la misma
proporcin y viceversa. Entonces:
As, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:
- Ip (la corriente en el primario),
- Np (espiras en el primario) y
- Ns (espiras en el secundario)
se utiliza siguiente frmula: Is = Np x Ip / Ns
A utotransformador
El autotransformador es un transformador donde una parte del devanado es
comn tanto al primario como al secundario.
El principio de funcionamiento es el mismo que el de el transformador
comn, entonces la relacin de transformacin entre las tensiones y las
corrientes y el nmero de vueltas se mantiene.
Las corrientes primaria y secundaria estn en oposicin y la corrientetotal que circula por las espiras en comn es igual a la diferencia de la
corriente del devanado de baja tensin y el devanado de alta tensin.
Para que un autotransformador funcione adecuadamente, los dos devanados
deben tener el mismo sentido de bobinado.
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A utotransformador reductor
- Si se aplica una tensin alterna entre los puntos A y B, y se mide la
tensin de salida entre los puntos C y D, se dice que el autotransformador
es reductor de tensin.
relacin de vueltas Ns / Np < 1
A utotransformador elevador
- Si se aplica una tensin alterna entre los puntos C y D, y se mide la
tensin de salida entre los puntos A y B, se dice que el autotransformador
es elevador de tensin.
Relacin de vueltas Ns / Np > 1
Los autotransformadores tienen la ventaja sobre los transformadores
comunes, de un peso y costo menor. En lugar de tener un bobinado de alta
tensin de N1 espiras, se debe preveer, para el bobinado de baja tensin,
con un nmero N2 de espiras, un nmero de espiras adicional de N1 - N2.
Tambin hay que tomar en cuenta que el conductor de la seccin comn
del bobinado, debe de tener una seccin de cobre en funcin de la
diferencia de corrientes entre baja y alta tensin.
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Otra ventaja es la de no necesitar aislamiento entre los bobinados primario
y secundario. Sin embargo esto trae la desventaja de que el bobinado
primario no es independiente del secundario.
Constitución del transformador de potencia
Todos los transformadores sin importar su tamao, tienen tres partes
fundamentales:
- Bobinado de alta tensión:
Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de poca seccin transversal(es ms delgado), construido para recibir o entregar la tensin mayor
nominal del transformador.
- Bobinado de baja tensión:
Es un bobinado de alambre de cobre aislado, de mayor seccin transversal
(es ms grueso), construido para recibir o entregar la tensin menor
nominal del transformador.
Cuando el transformador est instalado, al bobinado que est conectado a
la fuente se le denomina primario y el bobinado que est conectado a la
carga, se le denomina secundario.
- Núcleo:
Construido con chapas magnticas con alta proporcin de silicio (4%),
grano orientado y prdidas por histresis muy bajas, las cuales tienen por
un lado un aislamiento impregnado en el proceso metalrgico.
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De acuerdo a su disposicin, los ncleos
pueden ser:
a- Simple o de columnas: Es estos los
bobinados van dispuestos sobre las dos
columnas. El flujo magntico se canaliza atravs de las columnas y las culatas.
b- Doble o acorazado: La columna central tiene el doble de seccin que
las culatas laterales, los bobinados van
dispuestos en la columna central.
El flujo magntico se canaliza de la
columna central hacia las culatas laterales.
Las columnas de seccin rectangular se
usan en pequeos transformadores (hasta
50KVA).
En los transformadores de mayor potencia, se utiliza la seccin
escalonada, para aumentar la superficie de enfriamiento.
En los de alta potencia se utiliza el escalonado con canales de
refrigeracin. En el grfico abajo a la derecha se muestra la parte
exterior de un transformador real. En el se describen los nombres de las
diferentes partes que son visibles. Internamente es posible observar el
ncleo, los bobinados primario y secundario con sus respectivos terminales.
Esto ltimo sumergido en aceite dielctrico (no conductor de la
electricidad) que sirve como disipador de calor.
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Polaridad de un transformador
¿Qué es polaridad en un transformador?
Las bobinas secundarias de los transformadores monofsicos se arrollan en
el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, segn el
criterio del fabricante.
Debido a esto, podra ser que la intensidad de corriente en la bobina
primaria y la de la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en
sentido opuesto.
Polaridad A ditiva:
La polaridad positiva se da cuando en un transformador el
bobinado secundario est arrollado en el mismo sentido que
el bobinado primario.
Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el
mismo sentido y se sumen.
Los terminales e H1f y e X1f estn cruzados. Ver diagrama.
Polaridad Sustractiva:
La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador
el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al
bobinado primario.
Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en
sentidos opuestos y se resten.
Los terminales e H1f y e X1f estn en lnea. Ver diagrama.
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Como determinar la polaridad de un
transformadorPara determinar la polaridad del transformador,
se coloca un puente entre los terminales del lado
izquierdo del transformador y se coloca un
voltmetro entre los terminales del lado derecho
del mismo, luego se alimenta del bobinado primario
con un valor de voltaje (Vx). Ver el diagrama.
Si la lectura del voltmetro es mayor que Vx el transformador es aditivo
o si es menor el transformador es sustractivo.
Transformador con carga Resistiva
Las caractersticas de funcionamiento de los transformadores cambian
segn el tipo de carga que tenga conectada en el bobinado secundario.
Esta carga puede ser de origen resistivo, capacitivo o inductivo.
Tomando en consideracin que la fuerza electromotriz (E2) que se induce
en el secundario, est determinada por la suma vectorial del voltaje de
utilizacin (v) ms la cada de voltaje interna (ec) producida por los
propios bobinados, la cual es de origen inductiva y constante con cualquier
tipo de carga.
Dicha cada, tiene un desfase con respecto a la intensidad (corriente) que
vara de acuerdo a las caractersticas ohmicas de los bobinados.
Transformador con carga resistiva
Al aplicarle carga resistiva al transformador, la intensidad (corriente) de la
carga se encuentra en fase con el voltaje de utilizacin (v), al circular
corriente por los bobinados se produce la cada interna (ec) que esta
adelantada en un ngulo e xf con respecto a la intensidad (corriente).
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Al representar grficamente los vectores de estas magnitudes se obtiene:
Se puede ver en el diagrama anterior que la corriente y el voltaje estn
en fase como corresponde a una carga resistiva.
Transformador con carga Capacitiva
Cuando se aplica carga capacitiva a un transformador, la corriente (I) en la
carga se adelanta 90º con respecto al voltaje.
Esto quiere decir que la corriente se desfasa hacia adelante 90º con
respecto al voltaje de utilizacin (V).
Tomando en cuenta este desfase, se obtiene la cada interna (ec) del
transformador (cada de voltaje). De esta manera la ecuacin que da de
la siguiente manera:
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Transformador con carga inductiva
Cuando a un transformador elctrico se le aplica una carga inductiva, la
corriente (intensidad) en la carga se desfasa (se atrasa) con respecto al
voltaje de utilizacin.
El ngulo de la corriente respecto al voltaje de
utilizacin vara de acuerdo a las caractersticas
del bobinado de la carga.
Como la cada de voltaje interno y la cada de
voltaje en la carga tienen el mismo origen, se puede
asumir que los desfases son similares, por esta razn
tienen la misma direccin.
De acuerdo al tipo de carga que se le conecte al
transformador, as ser el valor del voltaje de
utilizacin, partiendo de un valor dado de fuerza
electromotriz.
Conexión de transformadores monofásicos
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A menudo, cuando se requiere aumentar la potencia de un transformador
monofsico, se le acopla otro transformador en paralelo.
Para implementar sto, se debe respetar los valores del voltaje en el
bobinado primario, voltaje en el bobinado secundario, la impedancia de los
bobinados y que guarden una relacin de 4:1 como mximo entre primario
y secundario. Ver: Razn de transformacin K de un transformador
Para acoplar dos transformadores monofsicos se puede seguir el
siguiente procedimiento prctico:
a) La conexin de los bobinados primarios se hace normalmente y en forma
difinitiva, H1 con H1 y H2 con H2.
b) En el secundario, la conexin que une los bornes intermedios de estos
bobinados y que corresponden al neutro (N) tambin se puede hacer en
forma definitiva.
c) Se hace un puente provisional en los bornes del lado izquierdo y se
intercala un voltmetro en los bornes del lado derecho.
Conexión de transformadores Trifásicos
Para obtener una corriente elctrica trifsica es necesario la
implementacin de un banco de transfomadores trifsico.
El valor de la corriente es determinado por el tipo de conexin de
transformadores que se utilise.
El tipo de conexin en los bobinados primarios de los transformadores
depender del valor del voltaje de la red y de los mismos bobinados
primarios de los transformadores.
El tipo de conexin secundaria esta determinado por el valor de voltaje que
se desee.
Hay las siguientes opciones de bancos trifsicos:
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Conexin Estrella
Conexin Delta
Conexin Estrella renca (solamente en el primario)
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Conexin Delta abierta (solamente en el primario)
Nota: Las conexiones se hacen el los secundarios de los transformadores a
no ser que se indique lo contrario.
d) Luego se alimenta el banco.
- Si los transformadores tienen polaridad distinta, el voltmetro indicar
algn valor de voltaje.
- Si los transformadores tienen la misma polaridad, el voltmetro no
indicar ningn voltaje.
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Rizado
Voltaje de Rizado
Se denomina Voltaje de Rizado a la diferencia entre el voltaje
mximo y el voltaje mnimo de la forma de onda de salida de la fuente
de Voltaje DC. Por lo tanto:
Vr = Vmax - Vmin
El Voltaje de Rizado debe especificarse indicando la carga de la
Fuente con la que se ha realizado la medicin, entendiendo por "carga"
la cantidad de corriente que dicha Fuente debe suministrar al circuito
conectado a ella. Usualmente el Voltaje de Rizado se especifica para la
mxima carga que puede manejar la Fuente de Voltaje DC.
Factor de rizado
Se denomina Factor de Rizado a la relacin porcentual entre el
Voltaje de Rizado y el valor mximo de la Fuente de Voltaje DC.
Esto es:
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Al igual que el
Voltaje de Rizado, el Factor de Rizado se especifica para la mxima cargaque puede manejar la Fuente de Voltaje DC.
El rizado usualmente se cuantifica mediante el factor de rizado y se calcula
como el valor eficaz del voltaje de rizado sobre el voltaje en continua
medio, por 100. El factor de rizado suele establecerse sobre el 10% o
menos, siempre dependiendo de la aplicacin.
Concusión
Despus de realizar este trabajo expand un poco mas mi entendimiento
respecto a las fuentes y sus funcionamiento, ahora puedo entender de donde
provienen muchas cosas con las que he estado trabajando, y que no
comprenda a cabalidad, adems de eso, comprendo un poco mejor el uso
prctico de estos componentes por separado y cmo unidos conforman los
sistemas con los que interactuamos en la vida cotidiana.
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