U1. Transformadores monofásicos
Perfilado de sección
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- Transformador ideal: tensión inducida en una bobina; tensión aplicada y tensión inducida; transformador elemental; marcas de polaridad; relación de transformación; relación de impedancias y magnitudes reducidas de un devanado al otro
- Transformador real: teoría de funcionamiento a régimen permanente; representación de un núcleo real y de las reactancias de dispersión; circuitos equivalentes simplificados y circuito equivalente exacto; ensayos en vacío y en cortocircuito; simulación de funcionamiento; diagrama vectorial o fasorial; tomas; conmutadores sin tensión y bajo carga
- Funcionamiento y aplicación de autotransformadores: valores nominales, estados de carga, pérdidas, eficiencia y regulación de tensión; simulación
- Aplicaciones de los distintos tipos de máquinas: criterios de selección y aspectos generales de mantenimiento
- Generalidades sobre circuitos magnéticos: criterios de dimensionamiento y selección de materiales ferromagnéticos y conductores
- Descripción física y características constructivas: componentes principales, tecnologías de fabricación; generalidades sobre selección y dimensionamiento de materiales; métodos de enfriamiento y protección
- Conexión en paralelo de transformadores
- Nociones de dinámica de funcionamiento: transitorios de conexión y fallas habituales
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Usando la laminación comercial de transformadores monofásicos nro. 16 (p. 158 de Spinadel, dimensiones en mm), suponga una bobina de 300 espiras arrollada en la columna central y determine la corriente que debe circular para establecer una densidad de flujo magnético de 1,2 T en el hierro.
Considere lo siguiente:
- Se supone que la columna central tiene sección cuadrada (16 mm x 16 mm) y que el factor de apilamiento es 0,95 (es decir, solo un 95 % de los 16 mm de apilamiento es hierro, y el resto es aire/óxido/impurezas/irregularidades geométricas entre chapa y chapa).
- Se supone que la permeabilidad relativa del hierro es 2500.
- Se supone que cada uno de los entrehierros que se muestran son de 0,1 mm. Se desprecia el efecto de incremento de sección aparente en los entrehierros.
Nota: en este circuito magnético, desde el punto de vista de la bobina arrollada sobre la columna central, se consideran dos mitades en "C" que quedan en paralelo entre sí, y su resultado queda en serie con la columna central.
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Explicación grabada sobre una presentación similar de 2022
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En https://www.aksteel.eu, puede descargarse información sobre muchos otros productos de esta empresa, adquirida en 2020 por el grupo Cleveland-Cliffs.
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Animación en Wolfram Mathematica
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Se usa la siguiente forma de laminación de chapa (pág. 146 de Spinadel) para hacer un circuito magnético cuya sección transversal A es cuadrada.
Si se usa como material la chapa de la Fig. 1-10 de Chapman (a f = 50 Hz), determine lo siguiente para B = 1,5 T y para B = 1,7 T (puede haber pequeños redondeos o apreciaciones por aclarar).
- Flujo magnético en cada uno de los dos casos
- Intensidad de campo necesaria en cada uno de los dos casos
- Permeabilidad relativa en cada uno de los dos casos
- Peso del circuito magnético
- Pérdidas totales de la chapa del circuito magnético para cada uno de los dos casos si ese material tiene pérdidas totales de 1,40 W/kg a 1,5 T y de 2,00 W/kg a 1,7 T.
- Compare estos valores de pérdidas del punto 5 con los que se obtienen para la chapa M-6 del catálogo de AK Steel.
NOTA IMPORTANTE: el factor de apilado fw puede adoptarse de la siguiente tabla (más info la sección 10.1.3 de Spinadel)
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Un documental viejito pero clarísimo, y muy cercano a la tecnología que se usa actualmente. Observen desde el minuto 2:48 cómo se resuelve el núcleo en lugar de usar chapas E y chapas I.
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Adoptando el mismo transformador anterior (Sn = 5 kVA, P0 = 30 W, Pcc = 160 W), utilice la expresión general de la eficiencia presentada en la Clase 06 para obtener lo siguiente:
- Valor de la eficiencia a plena carga (k = 1,00) para una carga completamente resistiva (FP = 1,00)
- Valor de la eficiencia a plena carga (k = 1,00) para una carga inductiva con FP = 0,80
- Valor de la eficiencia al 60 % de carga (k = 0,60) para una carga completamente resistiva (FP = 1,00)
- Valor de la eficiencia al 60 % de carga (k = 0,60) para una carga inductiva con FP = 0,80
- Para una carga completamente resistiva (FP = 1,00), el valor del factor de carga "k" correspondiente a la máxima eficiencia
- Para una carga inductiva con FP = 0,80, el valor del factor de carga "k" correspondiente a la máxima eficiencia
En todos los casos, exprese la eficiencia con 4 dígitos significativos, p. ej., 96,48 %
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Desde cierta potencia, cuando hace la sección de los conductores debe ser cada vez mayor, se comienzan a utilizar láminas de cobre, o bien de aluminio, para realizar los bobinados.
Esto es práctico más bien del lado de baja tensión y alta corriente, donde las secciones deben ser grandes con reducida cantidad de espiras.
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Especialmente Spinadel: Cap. 2 y 3
(Chapman presenta las ideas más básicas también)
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- Transformador ideal: tensión inducida en una bobina; tensión aplicada y tensión inducida; transformador elemental; marcas de polaridad; relación de transformación; relación de impedancias y magnitudes reducidas de un devanado al otro
