Transformadores y Subestaciones.

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Transformadores y Subestaciones. by Mind Map: Transformadores y Subestaciones.

1. Características de los materiales ferromagnetico.

1.1. Pueden imanarse mucho mas fácil que los demás materiales. Esta característica vuele dada por una gran permeabilidad relativa

1.2. Conservan la imanación cuando se suprime en el campo magnetico

1.3. Tienden a oponerse a la inversion del sentido de la imanación una vez inamados.

2. El transformador ideal

2.1. La suposición de este dispositivo es de origen didáctico.

2.1.1. Es un dispositivo sin perdidas.

2.1.2. Tiene un devanado de entrada y uno de salida.

2.1.3. Coeficiente de acoplamiento k=1 (núcleo de aire y de hierro)

2.1.4. Tiene una impudencia cero en los devanados primarios y secundarios, por lo tanto, el voltaje inducido E1 es igual al voltaje aplicado V1, por lo tanto, E2=V2.

2.2. Relación del transformador ideal

2.2.1. La relación de transformación, es la de las vueltas del primario a las vueltas del secundario; a= Np/Ns ,  Vp/Vs=a

2.2.2. Al no haber caídas internas en el transformador ideal, los voltajes inducidos y en terminales son iguales.

2.2.3. Los voltajes primarios y secundarios son inducidos por el mismo flujo magnético mutuo, por lo tanto, están en fase.

2.2.4. Los voltajes E1 y E2 están en fase y no están separados 180º debido a la marca de polaridad.

2.2.5. Bajo carga

2.2.5.1. Si se conecta una carga ZL a través del secundario del transformador, una corriente I2 fluida inmediatamente del transformador hacia la carga; I2= E2/Z

2.2.5.2. Al ser un transformador ideal, la relación de voltajes se mantiene igual.

2.2.5.3. En cuanto a las corrientes, pasa lo siguiente:   I1/I2 = N2/N1 = 1/a

2.3. Características

2.3.1. Impedancia del primario

2.3.1.1. Z1= Vp/ Ip

2.3.2. Voltaje del primario

2.3.2.1. a= Vp/Vs

2.3.2.2. Vp= a*Vs

2.3.3. Corriente del primario

2.3.3.1. a= Is/Ip

2.3.3.2. Ip=Is/a

2.3.4. Impedancia

2.3.4.1. Z1= Z´L= a^2 ZL

3. Principios fundamentales

3.1. La ley que rife la producción de un campo magnético por medio de una corriente es la famosa Ley de Ampere.

3.2. La intensidad de campo magnetico, se puede expresar como una medida del esfuerzo que una corriente hace para establecer un campo magnetico. La fuerza va a depender también del material del que está hecho el núcleo.

3.3. La relación entre intensidad de campo magnético  y la densidad de flujo magnético producida en un material da a entender que la intensidad representa la fuerza de la corriente por generar un campo magnético, mientras que la permeabilidad representa facilidad que tiene un material para establecer un campo magnético.

3.4. Flujo magnetico se mide en webbers

3.5. Densidad de flujo se mide en teslas o wb/m^2

4. Transformador.

4.1. Es conocido como el "corazón de la subestacion"

5. Sistemas electromagneticos.

5.1. Función.

5.1.1. Es establecer y controlar los campos electromagnéticos para realizar el proceso de transferencia de potencia (energía), y esta formado por circuitos eléctricos, diseñados con una geometría especifica.

5.1.2. Los campos son el mecanismo fundamental para convertir la energía de una forma a otra en motores, generadores y transformadores.

5.1.3. El funcionamiento de un transformador se basa en que un campo magnético variable en el tiempo induce un voltaje en una bobina si pasa a través de ella.

5.2. Ley de oersted

5.2.1. Cuando en un conductor circula una corriente, se produce un campo magnético que rodea al conductor. Las líneas de flujo magnético son continuas y su dirección se determina aplicando la regla de la mano derecha.

5.3. Campo magnético; este es una región o zona de almacenamiento de energía que tiene la propiedad de producir fuerzas y realizar un trabajo, en una bobina este es perpendicular a la dirección de la corriente.

6. Analogia entre los circuitos eléctricos y magnéticos.

6.1. Los circuitos magnéticos poseen dificultad para resolverse, debido al comportamiento de estos con un sistema eléctrico sino también con un sistema hidráulico.

6.2. En un circuito, el voltaje o fuerza electromotriz (amp-vuelta) es el encargado de generar la corriente eléctrica, o mejor dicho, impulsar a los electrones a fluir por un medio conductor.

6.3. En el caso del circuito magnetico, el flujo magnetico es impulsado por la fuerza magnetomotriz (volts) a fluir por un material ferromagnetico.

6.4. Fuerza magnetomotriz

6.4.1. La polaridad de la fuerza magnetomotriz en una bobina es similar al voltaje

6.4.2. Es igual al flujo magnetico multiplicado por la reluctancia del material en cuestión.

6.4.2.1. En el caso de reluctancia, su parametro inverso es la permeancia y muchas veces facilita aun mas utilizar dicho parámetro, para que las respuestas sean lineales y no inversas.

6.4.2.2. La reluctancia equivalente de un circuito magnetico con varias derivaciones, será igual a la suma aritmética directa de las reluctancia totales en serie, mientras que las que se encuentran en derivación, será igual a la suma de sus inversos.

6.4.2.3. La reluctancia es la relación entre la fuerza magnetomotriz y el flujo magnético.

6.5. Elaboración de la curva B-H en vacío.

6.5.1. En vacío, la densidad de flujo magnetico B es directamente proporcional a la intensidad de campo magnetico H.

6.5.2. En el sistema internacional, la constante magnetica o permeabilidad en el espacio es fija por definición, como ya se ha visto.

6.5.3. Se entiende que la respuesta de B-H es una linea recta. El vacío nunca se satura, no importando cuán grande pueda ser la densidad de flujo.

6.5.4. Los materiales que no son magnéticos, como el cobre, el caucho, el aire, el papel, tienen respuestas similares a la de una linea recta.

7. Histéresis

7.1. En electrotecnia se define la histéresis magnética como el retraso de la inducción magnética respecto al campo magnético que lo acciona.

7.2. La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno. Por extensión se aplica a fenómenos que no dependen sólo de las circunstancias actuales, sino también de cómo se ha llegado a esas circunstancias.

7.3. La histéresis magnética, es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los platos de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización, que se codifica como un 0 o un 1 en las regiones del disco.

8. Unidad 1.

9. Unidad 2.

10. El transformador real

10.1. Se considera una aproximación muy cercana a un transformador ideal siempre y cuando el flujo disperso sea muy inferior al flujo mutuo y que el transformador opere en estado permanente

10.2. Para lograr esto es cuando el material del que esta fabricado el núcleo del transformador tiene una baja reluctancia, es decir una alta permeabilidad tal que casi todo el flujo magnético generado se mantiene dentro de la sección transversal del núcleo.

10.3. Análisis de los flujos dispersos

10.3.1. El voltaje originado por la reactancia de dispersion, es en realidad una caída interna de voltaje, que entre mas grande sea dicho flujo, la caída de tensión será mayor.

10.3.2. Reactancia de dispersion

10.3.2.1. Xf2= Ef2/ I2

10.3.2.1.1. Igual aplican de igual forma en el devanado primario

10.4. Relación de corrientes

10.4.1. Suponer que ahora se conecta una carga eléctrica al secundario del transformador, si dos corrientes de la misma magnitud fluyen en sentido inverso, se cancelan sus FMM entre si.

10.4.2. Solo existira flujo de corriente siempre y cuando una carga eléctrica este conectado a las terminales del secundario del transformador.

10.4.3. Fnet= NpIp - NsIs

10.4.4. La reluctancia R de un transformador bien diseñado, utilizando los materiales apropiados debería ser igual a CERO.

10.4.5. Si la FMM del primario es igual a la del secundario

10.4.5.1. NpIp= NsIs

10.4.5.2. Ip/Is = Ns/Np = 1/a

10.5. Corriente de magnetización de un transformador real

10.5.1. Cuando se conecta el primario de un transformador a una fuente de pontecia de CA, existe un flujo de corriente, independientemente si en el devanado secundario esta conectada una carga o no.

10.5.2. La corriente consta de 2 componentes

10.5.2.1. La corriente de magnetización que es la requerida para producir el flujo

10.5.2.2. La corriente de perdidas en el núcleo que es la que se origina por el efecto de la histéresis cuando se genera la magnetización del núcleo.

10.5.3. Generalidades

10.5.3.1. La corriente de excitación se puede conocer si se compara su valor con el flujo requerido en el núcleo en un instante de tiempo determinado.

10.5.3.2. La corriente de magnetización no es sinuosidad, se origina una distorsión producto de la saturación rápida del material ferromagnetico.

10.5.4. Suposiciones finales para considerar a un transformador ideal.

10.5.4.1. El nucleo no debe contener histeresis

10.5.4.2. El flujo disperso debe ser cero

10.5.4.3. La resistencia de los devanados y la reluctancia del núcleo debe ser cero

11. Eficiencia de un transformador

11.1. La prueba se lleva a cabo del lado de baja tensión.

11.1.1. La indicación que arroja el wattmetro en la prueba a corto circuito, se refiere a las perdidas resistidas en el cobre en ambos devanados a la potencia nominal del transformador.

11.1.2. A circuito abierto se pueden determinar las perdidas faltantes.

11.1.3. Procedimiento

11.1.3.1. Elevar el voltaje del variac desde cero hasta que el voltmetro indique el voltaje nominal del lado de la prueba (lado de bajo voltaje).

11.1.3.2. Anotar la potencia“P”de circuito abierto,el voltaje nominal “V”y la corriente “I” (lo que sería la corriente de magnetización I)

11.1.3.3. Se calcula la perdida en el núcleo, con la relación

11.1.3.3.1. Ph= Poc- I^2 Rx

11.2. La máxima eficiencia de un transformador

11.2.1. La eficiencia máxima siempre se presenta, en el punto de carga en el que las perdidas fijas son iguales a las variables.

11.2.2. Las perdidas variables en el cobre varian en función de la carga, tienen que ser iguales a las perdidas fijas en el núcleo.

11.2.3. Mientras mas cercano a 1 sea el FP, la eficiencia del transformador mejora notablemente