transform adores y factor de rizado

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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



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.



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



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.



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)



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)



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.



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.



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.



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.



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.



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).



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:



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



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:



Conexin Estrella

Conexin Delta

Conexin Estrella renca (solamente en el primario)



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.



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:



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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