Tema I: Leyes fundamentales del electromagnetismoUniversidad de Oviedo Dpto. de Ingeniera Elctrica, Electrnica de Computadores y Sistemas

1.1 Teorema de Ampere ILa ley fundamental que determina el funcionamiento de un circuito magntico viene dada por la ecuacin de Maxwell:

1.1 Teorema de Ampere IISi se integra la ecuacin anterior sobre una superficie determinada por una curva cerrada:Teoremade Stokes

1.1 Teorema de Ampere IIIRepresenta a la corriente total que atraviesa a la superficie:

1.1 Teorema de Ampere IVEn el caso de que la misma corriente concatene n veces a la curva, como ocurre en una bobina: TEOREMA DE AMPERE

1.2 Induccin magntica ILa permeabilidad relativa se suele tomar con refe-rencia al aire. En una mquina elctrica moderna r puede alcanzar valores prximos a 100.000.

1.2 Induccin magntica IIEl material magntico, una vez que alcanza la saturacin, tiene un comportamiento idntico al del aire, no permitiendo que la densidad de flujo siga aumentando a pesar de que la intensidad del campo si lo haga

1.3 Flujo, reluctancia y fuerza magnetomotriz I

1.3 Flujo, reluctancia y fuerza magnetomotriz IISe supone la permea-bilidad del material magntico infinitaComo la seccin es pequea en compara-cin con la longitud se supone que la in-tensidad de campo es constante en toda ellaF= Fuerza magnetomotriz

1.3 Flujo, reluctancia y fuerza magnetomotriz IIILa fmm representa a la suma de corrientes que crean el campo magnticoComo el vector densidad de flujo y superficie son paralelosComo se cumple:Sustituyendo:

1.3 Flujo, reluctancia y fuerza magnetomotriz IVParalelismo entre circuitos elctricos y circuitos magnticosLEY DE HOPKINSONLEY DE OHM

1.4 Ley de Faraday ICuando el flujo magntico concatenado por una espira vara, se genera en ella una fuerza electromotriz conocida como fuerza electromotriz inducidala variacin de la posicin relativa de la espira dentro de un campo constanteLa variacin temporal del campo magntico en el que est inmersa la espira

1.4 Ley de Faraday IILey de induccin electromagntica: Faraday 1831El valor absoluto de la fuerza electromotriz inducida est determi-nado por la velocidad de variacin del flujo que la genera

Unidades de las magnitudes electromagnticasINTENSIDAD DE CAMPO MAGNTICO H:Amperios*VueltaINDUCCIN MAGNTICA B: Tesla (T)FLUJO MAGNTICO : Weber (W) 1W=Tesla/m2FUERZA MAGNETOMOTRIZ F: Amperios*VueltaFUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA e: Voltio (V)

1.5 Ciclo de histresisBHHmCICLO DE HISTRESIS

1.5.1 Prdidas por histresis IPotencia consumidaPrdidasconductorPrdidas por histresisrea del ciclode histresis

1.5.1 Prdidas por histresis IILas prdidas por histresis son proporcionales al volumen de material magntico y al rea del ciclo de histresisInduccin mxima BmFrecuencia fPHistresis=K*f*Bm2 (W/Kg)Cuanto > sea Bm > ser el ciclo de histresisCuanto > sea f > ser el nmero de ciclos de histresis por unidad de tiempo

1.6 Corrientes parsitas ISeccin transversaldel ncleoCorrientes parsitasLas corrientes parsitas son corrientes que circulan por el inte-rior del material magntico como consecuencia del campo.Segn la Ley de Lenz reaccionan contra el flujo que las crea reduciendo la induccin magntica, adems, ocasionan pr-didas y, por tanto, calentamientoPrdidas por corrientes parsitas: Pfe=K*f2*Bm (W/Kg)

1.6 Corrientes parsitas IISeccin transversaldel ncleoChapas magnticas apiladasAislamiento entre chapasLos ncleos magnticos de todas las mquinasSe construyen con chapas aisladas y apiladasMenor seccin para el paso de la corriente

1.6 Corrientes parsitas IIINcleo macizoNcleo de chapa aislada

Tema II: Fundamentos sobre generacin transporte y distribucin de energa elctricaUniversidad de Oviedo Dpto. de Ingeniera Elctrica, Electrnica de Computadores y Sistemas

2.1 La energa elctricaCentrales hidralicasCentrales termoelctricasCentrales de Energas alternativasGeneracin de tensin (12 kV) aprox.GENERACINTRANSPORTEDISTRIBUCINCONSUMOElevacin (trafos) tensin 380 kV, 220 KvLneas de alta tensinSubestacionesCentros de distribucin: subestacionesLneas de baja tensin (trafos)Pequeos consumidores: baja tensinIndustria: alta tensinLas mquinas elctricas estn presentes en todas las etapas del proceso (rotativas en la generacin y consumo. Transformadores en transporte y distribucin)

2.2 La red elctrica IFuenteprimariaTurbinaGeneradorParque de transformacinde La centralEstacintransformadoraprimariaSubestacinCentro de transformacinConsumodomsticoMuy grandesconsumidoresGrandesconsumidores

2.2 La red elctrica IIEsquema simplificado de una parte de la red nacional de 400 kVSe puede observar la existencia de caminos alternativos para el suministro Tecnologa elctrica J. Roger et. Al

2.2 La red elctrica IIIRed de distribucinen anilloSUBESTACIN

2.3 Las centrales elctricas ITransformacin de la energa potencial acumulada por una masa de agua.Utilizacin turbina hidrulica.Gran rapidez de respuesta.HIDRALICASTERMOELCTRICASUtilizacin de carbn, fuel, o combus-tible nuclear para producir vapor.Utilizacin de turbinas de vapor.Elevada inercia, especialmente en las nucleares. Produccin constante.NO CONVENCIONALESElicasSolaresMareomotricesDE BOMBEOUtilizan agua previamente bombeadaSon idnticas a las hidralicasCon turbinas de gasDe ciclo combinado

2.3 Las centrales elctricas II Curva de demanda de energa elctricaHora241680 Tecnologa elctrica J. Roger et. Al

2.3 Las centrales elctricas III Tecnologa elctrica J. Roger et. Al

2.4 Las mquinas elctricas Estticas

RotativasTransformadoresMotoresGeneradoresMQUINAS ELCTRICASTransformadorTransformadorGeneradorMotor

2.4.1. Los transformadoresTransformadoresDe potenciaDe medidaEspecialesMonofsicos o trifsicosMonofsicos o trifsicosMonofsicos o trifsicosExisten distintos tipos de transformadores de potenciaLos de medida pueden medir tensiones o corrientes

2.4.2 Las mquinas elctricas rotativas IMotoresCorriente ContinuaAsncronosSncronosEspecialesImanes permanentesReluctancia variable Sin escobillas (Brushless DC) Monofsicos o trifsicosMonofsicosMonofsicos o trifsicosMonofsicosTrifsicosMonofsicos o trifsicos

2.4.2. Las mquinas elctricas rotativas IIGeneradoresSncronosAsncronosCorriente continuaTurboalternadores (trmicas) y alterna-dores de centrales hidralicasGeneradores elicos. Alternadores micentrales hidralicasMquinas muy poco frecuentes: aplicaciones especialesGran potencia: velocidad cte.Potencia media y baja: velocidad variable

Tema III: Aspectos y propiedades industriales de las mquinas elctricasUniversidad de Oviedo Dpto. de Ingeniera Elctrica, Electrnica de Computadores y Sistemas

3.1 Clase de aislamientoTemperatura mxima que elmaterial del que est construidoel aislamiento puede soportarsin perder sus propiedades.Se obtiene ensayando el materialy comparando los resultados conlos de materiales patrn de efica-cia conocida (Norma UNE-CEI)

3.2 Grados de proteccinEn la norma UNE 20-324 se establece un sistema de especificacin general en funcin del grado de proteccin que se consigue en cualquier material elctrico. El grado de proteccin se designa con las letras IP seguidas de tres cifras, de las cuales en las mquinas elctricas slo se utilizan dos.1 cifra: indica la proteccin de las personas frente a contactos bajo tensin y/o piezas en movimiento en el interior, as como la proteccin de la mquina frente a la penetracin de cuerpos slidos extraos.2 cifra: indica la proteccin contra la penetracin de agua.3 cifra: indicara la proteccin contra daos mecnicos.

Proteccin frente a la penetracin de cuerpos extraos: Primera cifra

Primera cifra

Grado de proteccin

caracters-tica

Descripcin abreviada

Definicin

0

No protegido

Ninguna proteccin especial

1

Protegido contra cuerpos slidos superiores a 50mm.

Una gran superficie del cuerpo humano, por ejemplo la mano (pero ninguna proteccin contra una penetracin deliberada). Cuerpos slidos de ms de 50mm de dimetro.

2

Protegido contra cuerpos slidos superiores a 12mm.

Los dedos u objetos de tamaos similares que no excedan de 80 mm de longitud. Cuerpos slidos de ms de 12 mm de dimetro.

3

Protegido contra cuerpos slidos superiores a 2.5mm.

Herramientas, alambres, etc., de dimetro o de espesores superiores a 2.5mm. Cuerpos slidos de ms de 2.5 mm de dimetro.

4

Protegido contra cuerpos slidos superiores a 1mm.

Alambres o bandas de espesor superior a 1.0mm. Cuerpos slidos de ms de 1.0mm de dimetro.

5

Protegido contra el polvo

No se impide del todo la penetracin del polvo, pero este no puede penetrar en cantidad suficiente como para perjudicar el buen funcionamiento del material.

6

Totalmente protegido contra el polvo

No hay penetracin de polvo

Proteccin frente a entrada de agua

Segunda cifra

Grado de proteccin

caracters-tica

Descripcin abreviada

Definicin

0

No protegido.

Ninguna proteccin especial.

1

Protegido contra las cadas verticales de gotas de agua.

Las gotas de agua (que caen verticalmente) no deben producir efectos perjudiciales.

2

Protegido contra las cadas de agua con una inclinacin mxima de 15.

La cada vertical de gotas de agua no debe producir efectos perjudiciales cuando la envolvente est inclinada hasta 15 de su posicin normal.

3

Protegido contra el agua en forma de lluvia.

El agua que caiga en forma de lluvia en una direccin que tenga respecto a la vertical un ngulo inferior o igual a 60 no debe producir efectos perjudiciales.

4

Protegido contra proyecciones de agua.

El agua proyectada sobre el envolvente desde cualquier direccin, no debe producir efectos perjudiciales.

5

Protegido contra los chorros de agua.

El agua lanzada sobre el envolvente por una boquilla desde cualquier direccin, no debe producir efectos perjudiciales.

6

Protegido contra los embates del mar.

Con mar gruesa o mediante chorros potentes, el agua no deber penetrar en la envolvente en cantidad perjudicial.

7

Protegidos contra los efectos de la inmersin.

No debe ser posible que el agua penetre en cantidad perjudicial en el interior de la envolvente sumergida en agua, con una presin y un tiempo determinado.

8

Protegido contra la inmersin prolongada.

El material es adecuado para la inmersin prolongada en agua en las condiciones especificadas por el fabricante.

3.3 Placa de caractersticas 3 Clase de corriente (alterna o continua).4 Forma de trabajo (motor o generador).5 Nmero de serie de la mquina.6 Conexin del devanado estatrico ( o ).7 Tensin nominal.8 Corriente nominal.9 Potencia nominal.10 Abreviatura de unidad de potencia (kW).11 Clase de servicio.12 Factor de potencia nominal.13 Velocidad nominal.14 Frecuencia nominal.15 Excitacin en motores CC, Rotor en motores induccin de rotor bobinado.16 Tensin de Exc. en mquinas de CC. Tensin rotorica en motores de rotor bobinado.17 Corriente de excitacin mquina CC. Corriente rotrica en motores de rotor bobinado.18 Clase de aislamiento.19 Grado de proteccin.20 Peso.21 Fabricante.Todas las magnitudes son NOMINALES: aqullaspara las que la mquina ha sido diseada

3.4 Cdigos refrigeracin transformadores ISegn que la circulacin del fluido refrigerante se deba a conveccin natural o forzada (impulsado por una bomba) se habla de refrigeracin natural (N) o forzada (F)Las normas clasifican los sistemas de refrigeracin de los transformadores segn el refrigerante primario (en contacto con partes activas) y secundario ( el utilizado para enfriar al primario). Se utilizan aire, aceite natural, aceite sinttico y agua.

3.4 Cdigos refrigeracin transformadores IISE UTILIZAN 4 DGITOSCOMO CDIGOTipo de circulacin del refrigerante secundario (N) o (F). Tipo de refrigerante secundario (A) aire, (W) agua. Tipo de circulacin del refrigerante primario (N) o (F). Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sinttico.Ejem OFAF

3.5 Cdigos refrigeracin motoresXXXXXTipo de circulacin del refrigerante secundario: 0 Conveccin libre, 1 Autocirculacin, 6 Com-ponente independiente, 8 Desplazamiento relativoTipo de refrigerante secundario: A aire, W aguaTipo de circulacin del refrigerante primario: 0 Conveccin libre, 1 Autocirculacin, 6 Componente independienteTipo de refrigerante primario: A aireTipo de circuito de refrigeracin: 0 circulacin libre circuito abierto, 4 carcasa enfriada exteriorSE UTILIZAN 5 DGITOSEjem IC4A11Ejem IC0A1IC

3.6 Clase de servicio en maquinas rotativasS1 - Servicio continuo: la mquina trabaja a carga constante, de modo que alcanza la temperatura de rgimen permanente.S2 - Servicio temporal o de corta duracin: la mquina trabaja en rgimen de carga constante un tiempo breve, no se llega a alcanzar una temperatura estable. Permanece entonces para-da hasta alcanzar de nuevo la temperatura ambiente. S3, S4 y S5 - Servicios intermitentes: consisten en una serie continua de ciclos iguales, compuestos por periodos de carga constante (S3), incluyendo el tiempo de arranque (S4) o arran-ques y frenados (S5), seguidos de periodos de reposo sin que se alcance nunca una temperatura constante.S6, S7 y S8 - Servicios ininterrumpidos: similares respectiva-mente a S3, S4 y S5 pero sin periodos de reposo.

Tema IV: TransformadoresUniversidad de Oviedo Dpto. de Ingeniera Elctrica, Electrnica de Computadores y Sistemas

4.1 GeneralidadesTransformadorelementalSe utilizan en redes elctricas para convertir un sistema de tensiones (mono - trifsico) en otro de igual frecuencia y > o < tensinLa conversin se realiza prctica-mente sin prdidas PotentradaPotenciasalidaLas intensidades son inversamente proporcionales a las tensiones en cada ladoTransformador elevador: V2>V1, I2

4.2 Aspectos constructivos: circuito magntico IEl Si incrementa la resistividad del material y reduce las corrientes parsitasLa chapa se aisla mediante un tratamiento qumico (Carlite) y se obtiene por LAMINACIN EN FRO: aumenta la permeabilidad. Mediante este procedimiento se obtien factores de relleno del 95-98%

4.3 Aspectos construc-tivos: devanados y aislamiento I600-5000 V4,5 - 60 kV> 60 kVDiferentes formas constructivas de devanados segn tensin y potenciaLos conductores de los devanados estn aislados entre s:En transformadores de baja potencia y tensin se utilizan hilos esmaltados. En mquinas grandes se emplean pletinas rectangulares encintadas con papel impregnado en aceiteEl aislamiento entre devanados se realiza dejando espacios de aire o de aceite entre ellosLa forma de los devanados es normalmente circularEl ncleo est siempre conectado a tierra. Para evitar elevados gradientes de potencial, el devanado de baja tensin se dispone el ms cercano al ncleo

4.3 Aspectos constructivos: devanados y aislamiento II

4.3 Aspectos constructivos: devanados y aislamiento IIIFabricacin ncleo: chapas magnticasConformado conductores devanados Catlogos comerciales Catlogos comerciales

4.3 Aspectos constructivos: refrigeracin1 Ncleo1 Prensaculatas2 Devanados3 Cuba4 Aletas refrigeracin5 Aceite6 Depsito expansin7 Aisladores (BT y AT)8 Junta9 Conexiones10 Nivel aceite11 - 12 Termmetro13 - 14 Grifo de vaciado15 Cambio tensin16 Rel Buchholz17 Cncamos transporte18 Desecador aire19 Tapn llenado20 Puesta a tierra

Transformadores de potencia medida... E. Ras Oliva

4.3 Aspectos constructivos: trafos trifsicos ITransformadores en bao de aceite Catlogos comerciales

4.3 Aspectos constructivos: trafos trifsicos IITransformador secoOFAF Catlogos comerciales

4.3 Aspectos constructivos: trafos trifsicos III5000 kVABao de aceite2500 kVABao de aceite1250 kVABao de aceite10 MVASellado con N210 MVASellado con N2 Catlogos comerciales

4.3 Aspectos constructivos: trafos trifsicos IVSecciones de transfomadores en aceite y secosEn aceiteSeco Catlogos comerciales Catlogos comerciales

4.4 Principio de funcionamiento (vaco)El flujo essenoidalTensinmximaTensineficazFemeficazRepitiendo el proceso para el secundarioLa tensin aplicada determina el flujo mximo de la mquina

4.4 Principio de funcionamiento: relacin entre corrientesConsiderando que la conversin se realiza prcticamente sin prdidas: PotentradaPotenciasalidaP1 P2: U1*I1=U2*I2Considerando que la tensin del secundario en carga es la misma que en vaco:U2vacoU2cargaLas relaciones de tensiones y corrientes son INVERSASEl transformador no modifica la potencia que se transfiere, tan solo altera la relacin entre tensiones y corrientes

CON EL FLUJO Y LA CURVA BH SE PUEDE OBTENER LA CORRIENTE4.5 Corriente de vaco I12=3NO se considera el ciclo de histresisDEBIDO A LA SATURACIN DEL MATERIAL LA CORRIENTE QUE ABSORBE EL TRANSFORMADOR EN VACO NO ES SENOIDAL

4.5 Corriente de vaco IIS se considera el ciclo de histresis11El valor mximo se mantiene pero la corriente se desplaza hacia el origen.DEBIDO AL CICLO DE HIS-TRESIS LA CORRIENTE ADELANTA LIGERAMENTE AL FLUJO

4.5 Corriente de vaco III: senoide equivalenteLa corriente de vaco NO es senoidalPara trabajar con fasores es necesario que sea una senoideSe define una senoide equivalente para los clculosPROPIEDADESIgual valor eficaz que la corriente real de vaco: inferior al 10% de la corriente nominalDesfase respecto a la tensin aplicada que cumpla: U1*I0*Cos0=Prdidas hierro

4.5 Corriente de vaco IV: prdidas y diagrama fasorial

4.6 Flujo de dispersinRepresentacin simplificada del flujo de dispersin (primario)En vaco no circula corriente por el secundario y, por tanto, no produce flujo de dispersinEn serie con el primario se colocar una bobina que ser la que genere el flujo de dispersin

4.7 Diagrama fasorial del transformador en vacoLos cadas de tensin en R1 y Xd1 son prcticamente despreciables (del orden del 0,2 al 6% de U1)U1e1Las prdidas por efecto Joule en R1 son tambin muy bajasU1*I0*Cos0 Prdidas Fe

4.8 El transformador en carga IEl secundario del transformador presentar una resistencia interna y una reactancia de dispersin como el primario Las cadas de tensin EN CARGA en las resistencias y reactancias parsitas son muy pequeas: del 0,2 al 6% de U1

4.9 El transformador en carga II+I2(t)Al cerrarse el secundario circular por l una corriente I2(t) que crear una nueva fuerza magnetomotriz N2*I2(t)La nueva fmm NO podr alterar el flujo, ya que si as fuera se modi-ficara E1 que est fijada por U1 Esto slo es posible si en el primario aparece una corriente I2(t) que verifique:Flujo y fmm son iguales que en vaco (los fija U1(t))

4.10 Diagrama fasorial del transformador en cargaU2 estar adelantada un ngulo 2 respecto a I2Las cadas de tensin en R1 y Xd1 estn aumentadas. En la prctica son casi despreciablesLas cadas de tensin en R2 y Xd2 tambin son casi nulas

4.11 Reduccin del secundario al primarioSi la relacin de transformacin es elevada existe una diferencia importante entre las magnitudes primarias y secundarias. La representacin vectorial se complica El problema se resuel-ve mediante la reduc-cin del secundario al primario Se mantiene la potencia aparente, la potencia activa y reactiva, los ngulos, las prdidas y el rendimiento

4.12 Circuito equivalente IEl ncleo tiene prdidas que se reflejan en la aparicin de las dos componentes de la corriente de vaco Este efecto puede emularse mediante una resistencia y una reactancia en paralelo rt

4.12 Circuito equivalente IIReduccin del secun-dario al primario El transformador obtenido despus de reducir al primario es de: rt=1: e2=e2*rt=e1

4.13 Circuito equivalente IIIComo el transformador de 3 es de relacin unidad y no tiene prdidas se puede eliminar, conectando el resto de los elementos del circuito El circuito equivalente permite calcular todas las variables incluidas prdidas y rendimiento Los elementos del circuito equivalente se obtienen mediante ensayos normalizados Una vez resuelto el circuito equivalente los valores reales se calculan deshaciendo la reduccin al primario

4.14 Ensayos del trasformador: obtencin del circuito equivalenteEn ambos ensayos se miden tensiones, corrientes y potencias. A partir del resultado de las mediciones es posible estimar las prdidas y reconstruir el circuito equivalente con todos sus elementos

4.14.1 Ensayo del transformador en vacoResultados ensayo:

4.14.2 Ensayo de cortocircuitoAl ser la tensin del ensayo muy baja habr muy poco flujo y, por tanto, las prdidas en el hierro sern despreciables (Pfe=kBm2)

4.15 El transformador en el ensayo de cortocircuito IAl estar el secundario en cortocircuito se puede despreciar la rama en paraleloAl ser el flujo muy bajo respecto al nominal I0 es despreciable

4.15 El transformador en el ensayo de cortocircuito IIPCC son las prdidas totales en el Cu Las de Fe son despreciables en corto

4.16 Cadas de tensin en un transformador en carga IUn transformador alimentado con la tensin nominal U1n dar en el secundario en vaco la tensin U2nNormalmente se expresa en %Se puede referir a primario o secundario (slo hay que multiplicar por rt)Para hacer el anlisis fasorial se puede eliminar la rama en paralelo (I0

4.16 Cadas de tensin en un transformador en carga IISe define el ndice de carga C de un transformador

4.16 Cadas de tensin en un transformador en carga IIIMultiplicando por:EFECTO FERRANTI

4.17 Efecto FerrantiCarga inductiva (>0)Carga capacitiva ( en carga que en vaco Con carga capacitiva c puede ser negativa y la tensin en carga > que en vaco

4.18 Rendimiento del transformador Ensayo de vacoEL TRANSFORMADOR TRABAJA CON UN NDICE DE CARGA C

4.19 Influencia del ndice de carga y del cos en el rendimientoDespreciando la cada de tensin Derivando respecto a C e igualando a 0 C= variableCos= Cte

4.18 Corriente de cortocircuitoFallo Para los valores habituales de cc (5-10%) se obtienen corrientes de cortocircuito de 10 a 20 veces > que I1n

La forma ms elemental de transformar un sistema trifsico consiste en transformar cada una de las tensiones de fase mediante un trafo monofsico.4.19 Trafos trifsicos I

Se puede suprimirla columna centralLa suma de los tres flujos es 0: se pueden unir todas las columnas en una columna centralEliminando la columna central se ahorra material y peso del trans-formador4.19 Trafos trifsicos II

4.19 Trafos trifsicos IIISi el sistema en el que trabaja el transformador es totalmente equilibrado su anlisis se puede reducir al de una fase (las otras son = desfasadas 120 y 240)El circuito equivalente que se utiliza es el mismo, con la tensin de fase y la corriente de lnea (equivalente a conexin estrella estrella)En un transformador con tres columnas existe una pequea asimetra del circui-to magntico: el flujo de la columna cen-tral tiene un recorrido ms corto y, por tanto, de menor reluctancia.La corriente de magnetizacin de esa fase ser ligeramente menor.Las dos columnas laterales sirven como camino adicional al flujo. De este modo, es posible reducir la seccin y, por tanto, la altura de la culata

4.20 Conexiones en transformadores trifsicos I

4.20 Conexiones en transformadores trifsicos IILa conexin Yy plantea problemas debidos a la circulacin de corrientes homopolares (causadas por los armnicos de la corriente de vaco) por el neutro. En condiciones de carga desequilibrada entre fase y neutro aparecen sobretensiones Cuando uno de los devanados est conectado en tringulo los flujos homopolares se anulan y los inconvenientes anteriores desaparecen. El nico problema es la no disponibilidad del neutro en uno de los devanados

4.20 Conexiones en trafos trifsicos IIISi se quiere disponer de neutro en primario y secundario y no tener problemas de flujos homopolares o en carga desequilibrada se utiliza la conexin estrella zigzag: YzEl secundario consta de dos semidevanados con igual nmero de espiras. La tensin secundaria de cada fase se obtiene como la suma de las tensiones inducidas en dos semidevanados situados en columnas diferentes Los efectos producidos por los flujos homopolares se compensan sobre los dos semidevanados no influyendo en el funcionamiento del transformador

4.21 ndices horarios ILa existencia de conexiones Yd e Yz provoca la aparicin de desfases entre las tensiones del primario y del secundarioLos terminales de igual polaridad son los que simultneamente, debido a un flujo comn, presentan la misma tensinCon esta conexin el desfase es 0

4.21 ndices horarios IIEl desfase se expresa en mltiplos de 30, lo que equivale a expresar la hora que marcaran el fasor de tensin de la fase R del primario (situado en las 12h) y el del secundariondice horario 0ndice horario 6Yy6

4.22 Conexin de transformadores en paralelo ISi cc1= cc1 C1=C2 sino un transformador estar ms cargado que el otroSi cc1 cc1 el transfomador ms cargado sera el de < cc (el ms duro)En transformadores trifsicos es necesario que ambos tengan el mismo ndice horario para poder realizar la puesta en paralelo

4.23 Autotransformadores ISe utilizan cuando se necesita una relacin de transformacin de 1,25 a 2. En ese caso son ms rentables que los transformadores

4.23 Autotransformadores IIAUTOTRAFOSECO DE BTAUTOTRAFOSECO DE BTVARIAC: AUTOTRAFO REGULABLEVARIAC CON INSTRUMENTOSDE MEDIDA Catlogos comerciales

4.24 Transformadores con tomasPermiten cambiar la relacin de espiras entre primario y secundario, de este modo se consigue una tensin variableEntre otras aplicaciones se utilizan en las redes de transporte y distribucin para mantener la tensin cte. con independencia de la cargaEl caso 1 es ms favorable ya que se trabaja contensiones menores

Tomas deregulacinConexindevanadosConexintoma de tierra4.24 Trafos contomas Catlogos comerciales

4.24 Transformadores con tres arrollamientosSon transformadores especiales utilizados en alta potencia. Constan de un primario y dos secundariosMediante una sola mquina se obtienen dos niveles de tensin diferentes

4.25 Transformadores de medida y proteccin IEl rendimiento no es importanteTrabajan con niveles bajos de flujo (zona lineal)Existen trafos de corriente y de tensinEn todos los casos la rt es < 1 para mantener los valores bajos en las magnitudes secundarias Los trafos de corriente tienen las corrientes secundarias normalizadas a:5 A y 1 A y los de tensin las tensiones secundarias a 100 y 110 V

4.25.1 Transformadores de corriente IEn un trafo de corriente la corriente del primario viene impuesta por la intensidad que se desea medir. El flujo no es cte.Las impedancias que aparecen como cargas en el secundario tienen que ser muy bajas (suelen ser las de las bobinas amperimtricas)NUNCA SE PUEDE DEJAR EL SECUNDARIO EN CIRCUITO ABIERTO!!!

4.25.1 Transformadores de corriente II

4.25.1 Transformadores de corriente IIISonda de corriente 1 10 100 A M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativas

4.26 Revisin de los conceptos tericos sobre los catlogos comerciales de un fabricante

Tema V: Fundamentos de la conversin electromecnica de energaUniversidad de Oviedo Dpto. de Ingeniera Elctrica, Electrnica de Computadores y Sistemas

5.1. La conversin electromecnica I

5.1. La conversin electromecnica II

5.2. El principio de reversibilidadTodas las mquinas elctricas rotativas son reversiblesPueden funcionar como motor o como generadorMotorConversin de Energa Elctrica en Energa MecnicaGeneradorConversin de Energa Mecnica en Energa Elctrica

5.3. Balance energtico de una mquina rotativaPotencia elctrica consumida (Pe)ESTATORROTORPotencia mecnica til del motor (Pu)

Tema VI: La mquina de corriente continuaUniversidad de Oviedo Dpto. de Ingeniera Elctrica, Electrnica de Computadores y Sistemas

La mquina de CC consta de dos devanados alimentados con CC: uno llamado inductor que est en el estator de la mquina y otro llamado inducido que est en el rotor.En el caso de funcionamiento como motor ambos devanados estn alimentados con CC. En el caso de funcionamiento como generador se alimenta con CC el inducido y se obtiene la FEM por el inductor (tambin continua).Su funcionamiento se basa en la existencia de un mecanismo llamado colector que convierte las magnitudes variables gene-radas o aplicadas a la mquina en magnitudes constantes.Se utilizan en traccin elctrica (tranvas, trenes etc.) y en accio-namientos donde se precisa un control preciso de la velocidad.Estn en desuso debido a su complejo mantenimiento.

6.1. La mquina de CC: generalidades

CulataNcleo polar Expansin polarNcleo del polo auxiliar o de conmutacinExpansin del polo auxiliar o de conmutacin Ncleo del inducidoArrollamiento de inducidoArrollamiento de excitacinArrollamiento de conmutacinColector11. 12. Escobillas6.2. Despiece de una mquina de CC M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativas

Motores de CCCatlogos comercialesFotografa realizada en los talleres de ABB Service GijnCatlogos comerciales

La FEM que se obtiene a la salida de la mquina vara en el tiempo ya que esta mquina no dispone de colector6.3. Funcionamiento como generador I M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativas

EdSi la espira gira con velo-cidad angular =d/dt mientras se mueva en la zona del flujo se inducir en ella FEM:6.3. Funcionamiento como generador II L. Serrano: Fundamentos de mquinas elctricas rotativas

Con la mquina girando a una cierta velocidad V, la fem que se induce es alterna: cambia de signo cada vez que se pasa por debajo de cada polo.El colector es un dispositivo que invierte el sentido de la FEM para obtener una tensin continua y positiva

Polos inductores

de la mquina

E

N

S

-2BlV

2BlV

2(

(

0

6.4. El colectorEscobillasColector realColector M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativasCatlogos comerciales M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativas

6.5. FEM inducida en un mquina de CC

6.6. Par interno de una mquina de CCa=n de circuitos en paralelo I=Corriente rotor (inducido)

El campo magntico de la mquina de CC puede generarse mediante imanes permanentes, o con bobinas alimentadas con CC (caso habitual):Segn la forma de alimentacin de las bobinas se tienen 2 tipos de excitacin:Excitacin independiente: la corriente que alimenta al deva-nado inductor es ajena a la propia mquina, procede de una fuente independiente externa.Autoexcitacin: la corriente de excitacin en este caso pro-cede de la propia mquina. Segn la forma de obtener esta corriente existen 3 tipos diferentes de mquina de CC:Excitacin Serie: devanado inductor en serie con el inducidoExcitacin derivacin: devanado inductor conectado directa-mente a las escobillas, por tanto, en paralelo con el inducido.Excitacin compuesta o mixta: una bobina en serie y la otra en paralelo. 6.7. Formas de excitacin I

6.7. Formas de excitacin II

6.8. La reaccin de inducido IEFECTOS PRODUCIDOS POR LA REACCIN DE INDUCIDODesplazamiento de la plano o lnea neutra (plano en el que se anula el campoDisminucin del valor global del campo de la mquina

REDUCCIN PAR Y AUMENTO VELOCIDAD6.8. La reaccin de inducido IIDesplazamiento de la plano o lnea neutraPOLOS DE CONMUTACINLOS POLOS DE CONMUTACIN COMPENSAN LOCALMENTE LA REACCIN DE INDUCIDO ELIMINANDO LA DISTORSIN DEL CAMPODisminucin del valor global del campo de la mquinaPROBLEMAS DURANTE LA CONMUTACIN

6.9. La mquina de CC como generador IGenerador con excitacin independienteLa tensin de salida crece proporcionalmente con la velocidad de giro nLa relacin entre la corriente de excitacin y la FEM inducida no es lineal: existe saturacin

IRI16.9. La mquina de CC como generador IIERPto. de equilibrioRERE1E2E1I1E2Se repite hasta el pto. de equilibrio

6.10. Curvas caractersticas de los motores de CC I

6.10. Curvas caractersticas de los motores de CC IICONSIDERANDO CTES. Ui y CARACTERSTICA DURACARACTERSTICA DE VELOCIDAD n=f(Ii)=cte

6.10. Curvas caractersticas de los motores de CC IIIEcuacin del motor serieLa relacin entre Iex y el flujo viene definida por la caracterstica magntica (B-H) de la mquina

6.10. Curvas caractersticas de los motores de CC IVComo Iex=Ii en la zona lineal del motor se cumple:=CIiSUSTITUYENDOLa caracterstica mecnica cuando el motor trabaja en la zona lineal (pares bajos). ES UNA HIPRBOLAEn la zona de saturacin (cuando al motor se exigen pares elevados) se puede admitir =CteSUSTITUYENDOLa caracterstica mecnica en la zona de saturacin (pares altos) ES UNA RECTANO puede trabajar con cargas bajas porque tiende a embalarse

6.10. Curvas caractersticas de los motores de CC VCARACTERSTICA DE VELOCIDAD n=f(Ii)Como Iex=Ii en la zona lineal del motor se cumple:=CIiLa caracterstica de velocidad cuando el motor trabaja en la zona lineal ES UNA HIPRBOLAEn la zona de saturacin se puede admitir =Cte

6.11. Variacin de velocidad en los motores de CC IDISPOSITIVOS PARA LA VARIACIN DE TENSIN CONTINUASe usa con n>nnominal. Al disminuir la excitacin disminuyen el flujo y el par pero aumenta la velocidadA n

6.11. Variacin de velocidad en los motores de CC IICHOPPER DE 4 CUADRANTESDiodosTransistoresVcc