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• Cristian Guerrero

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE MECÁNICA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO: SÉPTIMO “A” ASIGNATURA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS TEMA: POLARIDAD DE LOS TRANSFORMADORES

PERÍODO: ABRIL 2018 – AGOSTO 2018

INTRODUCCIÓN Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida). Ojo no hay transformadores de corriente continua, solo hay de corriente alterna . Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta 220V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. ya que existen transformadores. Nunca se transporta en c.c.. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Este conjunto de vueltas 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 representación esquemática del transformador es la siguiente:

MARCO TEORICO Transformadores:

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según

correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna. Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro - Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje Habría una corriente si hay una carga (el secundario está conectado a una resistencia por ejemplo). La razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de voltaje. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns)

Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Cuando el secundario tiene un mayor numero de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje. Cuando el secundario tiene un numero menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado secundario. Estos cálculos solo son validos para transformadores con núcleo de hierro donde el acoplamiento es unitario. Los transformadores con núcleo de aire para circuitos de RF son, en general, sintonizados para resonancia. En este caso, se considera el factor de resonancia en lugar de la relación de vueltas. Si se supone que el transformador es ideal (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él), o sea, se desprecian las pérdidas 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 fórmula: Potencia (P) = Voltaje (V) x corriente (I) P = V x I (watts) Así, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip (corriente en el primario), Np (espiras en el primario) y Ns (espiras en el secundario) se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns o Bién Is/Ip = Np/Ns

Transformador real En la práctica, un transformador ideal no es físicamente realizable. Los transformadores reales se diferencian de los ideales en los siguientes aspectos:       

Los arrollamientos o devanados tienen resistencia eléctrica y capacidades parásitas. En el interior del núcleo hay corrientes parásitas o corrientes de Foucault. El ciclo de magnetización y desmagnetización del núcleo consume energía debido a la histéresis magnética. El acoplamiento magnético de los devanados no es perfecto, que se traduce en una inductancia o flujo de dispersión. La permeabilidad magnética del núcleo depende de la frecuencia. La saturación magnética del núcleo provoca que la inductividad de los devanados no sea constante. El núcleo varía ligeramente su geometría debido a la magnetostricción.

La resistencia de los devanados, la histéresis del núcleo y las corrientes parásitas producen pérdidas de energía. Las pérdidas de energía debidas a la resistencia eléctrica de los arrollamientos se denominan pérdidas en el cobre. Las pérdidas por el efecto de la histéresis y por las corrientes parásitas se denominan pérdidas en el hierro.

Las pérdidas en el cobre dependen cuadráticamente de la corriente de carga del transformador, es decir, del cuadrado de la intensidad de cada arrollamiento. Las pérdidas en el hierro son prácticamente independientes del nivel de carga del transformador, pero proporcionales al cuadrado de la densidad de flujo magnético del núcleo. Así mismo, las pérdidas por histéresis son proporcionales a la frecuencia eléctrica, mientras que las corrientes parásitas son proporcionales al cuadrado de la frecuencia. El flujo magnético de dispersión provoca que la tensión en el secundario sea algo menor que en un transformador ideal. POLARIDAD DE UN TRANSFORMADOR Como podremos imaginar, la polaridad del transformador dependerá de como están devanadas las dos bobinas, no solamente respecto al núcleo sino que también respecto entre ellas. El punto negro representa la polaridad del transformador, algo que a lo mejor encontramos en los esquemas y, no necesariamente en la simbología general de diferentes tratados de electricidad y electrónica

En el dibujo podemos observar la disposición de los devanados de las dos bobinas. En el mismo dibujo, observamos que al lado de las salidas de las bobinas, se indica por donde sale el final de la última espira y, por donde entra el principio de la primera espira. Es lo que podemos denominar el sentido de los devanados. Esto es muy importante para saber la polaridad del transformador. En este primer dibujo, tanto el voltaje de la bobina primaria y el voltaje de la bobina secundaria se encuentran en fase. Esto sucede porque el pico de tensión máximo de la bobina primaria coincide con el pico de tensión máximo de la bobina secundaria.

Por el contrario, en este otro dibujo, observamos como las bobinas han sido devanadas de diferente manera respecto a las bobinas del primer dibujo. En este caso, estamos tratando de un transformador desfasado 180°, y se dice que las bobinas tienen devanados con dirección opuesta. Esto es así, porque el pico de tensión máxima de la bobina primaria esta desfasada 180° respecto al pico de tensión máxima de la bobina secundaria.

Nomenclatura de los transformadores. Esta establecido como estandar que las entradas a la bobina primaria del transformador se utilicen las siguientes letras: H1,H2 para el caso de un transformador monofásico. H1,H2,H3 para el caso de un transformador trifásico. Y en las salidas de la bobina secundaria se establece la siguiente nomenclatura: X1,X2 para el caso de un transformador monofásico. X1,X2,X3 para el caso de un transformador trifásico.

Polaridad aditiva.

Cuando se ubica un transformador en el tanque que lo tiene que contener se puede colocar de dos formas diferentes: aditiva y sustractiva. En el caso de polaridad aditiva, es cuando H1

coincide diagonalmente con X1. La mayoria de transformadores disponen de polaridad aditiva.

Polaridad sustractiva.

Hablamos de polaridad sustractiva cuando el terminal H1 esta colocado de forma adyacente al terminal de salida X1. Existen pocos transformadores con este tipo de polaridad. Los transformadores mayores de 200 KVa son de polaridad sustractiva. BIBLIOGRAFIA: [1] Brokering Christie, Walter; Palma Behnke, Rodrigo; Vargas Díaz, Luis (2008). «Cap. 5». Ñom Lüfke (El rayo domado) o Los sistemas eléctricos de potencia. Prentice Hall. p. 84 [2] Kosow, I. L. (1993). Máquinas eléctricas y transformadores. Pearson Educación. [3] En línea, recuperado el 7 de mayo del 2018, disponible en: http://www.tecnologiaindustrial.es/Transformador.htm [4] En línea, recuperado el 7 de mayo del 2018, disponible en: http://www.nichese.com/polartrans.html