CUESTIONARIO UNIDAD 2 MÁQUINAS ELÉCTRICAS

CUESTIONARIO UNIDAD 2 MÁQUINAS ELÉCTRICAS. 1.- ¿La relación de vueltas en un transformador es igual a la relación de voltaje a través de un transformador? ¿Por qué? Si con un acoplamiento unitario entre el primario y el secundario, el voltaje inducido en cada vuelta del secundario es igual al voltaje inducido en cada vuelta del primario. Por tanto la relación de voltajes se encuentra en la misma proporción que la relación de vueltas. Cuando el secundario tiene mayor vueltas que el primario, el voltaje en el secundario es mayor que el del primario, es decir el transformador aumenta el voltaje. Por consiguiente si se tienen menor cantidad de vueltas en el secundario que en el primario habrá menor voltaje en secundario que en el primario, es decir el transformador reduce el voltaje.

2.- ¿Por qué la corriente de magnetización impone un límite superior al voltaje aplicado al núcleo de un transformador? Al aplicar una corriente de magnetización al primario con el secundario abierto, esta corriente es la necesaria para producir un flujo en el núcleo, como el material del núcleo tiene una máxima capacidad para soportar líneas de flujo, y como sabemos que la relación de flujo con respecto al tiempo nos da voltaje, al hallar el límite de flujo hallamos el límite de voltaje. 3.- ¿Qué componentes integran la corriente de excitación de un transformador? ¿Cómo se consideran en el circuito equivalente del transformador?  

Corriente de magnetización Corriente de pérdidas en el núcleo

4.- ¿Qué es el flujo disperso de un transformador? ¿Por qué se considera como inductor en el equivalente del transformador? Son las líneas de flujo que no logran pasar por la superficie del núcleo y se pierden en el espacio. Se simulan como inductor porque esta fuga de flujos produce una auto inductancia en la bobina primaria y secundaria. 5.- Enliste y describa los tipos de pérdidas que se presentan en un transformador

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En el cobre debido al calentamiento resistivo en los devanados primario y secundario. Por flujos dispersos que pasan únicamente a través de uno de los devanados. Por corrientes parasitas debido al calentamiento resistivo en el núcleo del transformador. Por histéresis que se originan por los reordenamientos de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada semiciclo.

6.- ¿Por qué afecta la regulación de voltaje de un transformador el factor de potencia de una carga? 7.- ¿Por qué la prueba de cortocircuito muestra esencialmente solo pérdidas no las pérdidas de excitación en el transformador?

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Porque la corriente que fluye por la rama de excitación es despreciable, ya que al cortocircuitar la salida, el voltaje de entrada es muy pequeño. 8.- ¿Por qué la prueba de circuito abierto muestra esencialmente solo las pérdidas de excitación y no las pérdidas ? Muestra esencialmente sólo las pérdidas por excitación porque el devanado secundario no circula corriente. 9.- ¿Cómo se elimina el problema de tener diferentes niveles de voltaje en un sistema de potencia por medio del sistema de medidas por unidad?

10.- ¿Por qué los autotransformadores pueden manejar más potencia que los transformadores convencionales del mismo tamaño?

Una razón podría ser porque los transformadores convencionales para sacar la sección del transformador influye tanto la potencia que se va a utilizar como la potencia perdida en el núcleo por el mero hecho de que este induciendo voltaje , en cambio en el auto transformador para calcular la sección del transformador solo influye la potencia que se va a utilizar, esto quiere decir que la efectividad del transformador se incrementa la cantidad de energía que se perdida por efectos dela inducción de la una bobina a la otra.

11.- ¿Qué son las tomas de derivación en los transformadores? ¿Por qué se usan? Las tomas de derivación se las puede ver tanto en los transformadores como los autos, aunque es más común en los transformadores que se los ponga en los secundarios, de esta manera con distintos bobinados y un mismo núcleo se pueden obtener distintos voltajes en el secundario, o sino en el caso de que se conmute la entrada del primario, para un mejor acople de la impedancia, al hacerlo en el primario se debe tener cuidado en la conexión.

12.- ¿Cuáles son los problemas asociados con la conexión de un transformador trifásico Y-Y?

El primero es que si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas, entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse severamente, segundo es que los voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes y si se busca un sistema sin mucha distorsión no es conveniente.

13.- ¿Qué es un transformador TCUL? Es un transformador con la habilidad de cambiar las tomas mientras suministra potencia, esto es útil para los transformadores de distribución con taps, podremos ver que tienen una serie de tomas (taps) en los devanados para permitir pequeños cambios en la relación, además del valor nominal. Sin embargo, estas tomas normalmente no se pueden cambiar mientras se está suministrando potencia, para esto es que son tan útiles los TCUL llamados transformadores conmutadores de tomas bajo la carga.

14.- ¿Cómo se puede lograr la transformación trifásica utilizando solo dos transformadores? ¿Qué tipos de conexiones se pueden utilizar? ¿Cuáles son sus desventajas y sus ventajas?

Se puede lograr esta transformación mediante diferentes conexiones, todas las técnicas que se empleen involucran la reducción en la capacidad de manejo de potencia de los transformadores.

Algunas de las conexiones más importantes con dos transformadores son: •

Conexión ∆ abierta (o V-V)

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Conexión Y abierta-∆ abierta

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Conexión Scott-T

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Conexión trifásica en T

Como se ha podido observar hasta ahora en cada una de las diferentes conexiones se usan solo dos transformadores o bobinados, como sea el caso esto quiere decir que para que las bobinas siguán entregando el mismo nivel de rendimiento deberían ser forzadas más, y si el rendimiento del transformador con sus tres bobinas estaba al tope cuando se las pase a dos el rendimiento bajara considerablemente, esto es hablando en el caso que se desee hacer esta conexión provisional para reparar una bobina. A parte la mayor ventaja que presentan todos estos tipos de conexiones es que dan la opción de obtener una fase adicional cuando se dispone únicamente de dos. 15.- Explique por qué una conexión de transformador ∆ abierta está limitada a suministrar sólo 57.7% de la carga de un banco de transformadores ∆-∆ normal? Inicialmente, parecería que puede suministrar dos terceras partes de su potencia aparente nominal, puesto que los dos tercios de los transformadores aún están presentes. Sin embargo, el asunto no es así de sencillo. Con una carga resistiva el voltaje nominal de un transformador en el grupo es VF y la corriente nominal es IF, entonces la potencia máxima que puede suministrarse a la carga es P = 3 * VF * IF* cos q El ángulo entre el voltaje VF y la corriente IF , en cada fase es 0° por ser la carga resistiva y equilibrada, de manera que la potencia total suministrada por el transformador es P = 3 * VF * IF* cos0° P = 3 * VF * IF La relación es la potencia del delta abierto sobre el delta completo, para sacar la potencia del delta abierto sumamos la potencia de cada una da la faces tomando en cuenta sus ángulos de fase en vista que una de ellas está ausente, para facilitar el entendimiento haremos como que la fase central es la ausente de tal manera que entre una fase y otra abra una diferencia de 30 . P1 = VF * IF* cos(150° - 120° ) P1 = VF * IF* cos 30°

P1 = ((√ / 2) * VF* IF Para el transformador 2, el voltaje está en un ángulo de 30° y la corriente en uno de 60° de modo que su potencia máxima es P2 = VF * IF* cos(30° - 60° ) P2 = VF * IF* cos (-30° ) P 2 = (√ / 2) * VF * IF Entonces, la potencia máxima del grupo delta-abierto se expresa P = √ * VF * IF La corriente nominal es la misma en cada transformador, aun si hay dos o tres de éstos. El voltaje también es el mismo en cada uno de ellos; así que la relación de la potencia de salida disponible en el grupo delta abierto y la potencia de salida disponible del grupo trifásico normal es PD -abierta / P3-fases = ((√ * VF * IF) / (3 * VF * IF) = 1 / (√ = 0.577 La potencia disponible que sale del grupo en delta-abierta es sólo el 57.7% de la potencia nominal del grupo original. 16.- ¿Un transformador de 60 Hz puede operar en un sistema de 50 Hz? ¿Qué se requiere hacer para permitir esta operación? Un transformador de 60Hz puede funcionar tranquilamente en una red de de 50 HZ o viceversa la diferencia radica en que el voltaje del secundario fluctuara y no será el voltaje de los valores nominales que indiquen sino aumentaran o disminuirán dependiendo el caso, además que el calentamiento aumentara al ser que el núcleo no está diseñado para esa frecuencia y puede provocar en el núcleo una saturación magnética prematura y que la onda no salga completa en la salida

17.- ¿Qué le pasa a un transformador cuando se conecta en línea de potencia por primera vez? ¿Se puede hacer algo para mitigar este problema? Cuando un transformador se conecta inicialmente a la red de potencia durante el encendido del transformador acurre una corriente de irrupción, que es lo que en los motores equivaldría a la corriente de arranque, equivale exactamente en su comportamiento, como los transformadores se encuentran en casi todos los equipos por no decir todos, es impericio reducir esta corriente para que la energía no se desaproveche en estos picos a continuación tenemos un gráfico que muestra la corriente en función del dominio del tiempo durante el encendido de un transformador.

Como se pudo apreciar durante el encendido del transformador la corriente y el voltaje aumentan considerablemente durante un periodo muy pequeño de tiempo, luego de este tiempo el voltaje y la corriente se nivelan a un nivel nominal de funcionamiento, el tiempo del muestreo está retrasado dos segundos para poder apreciar de mejor manera el inicio del pico. Para limitar esta corriente se recomiendan dos opciones, uno es colocar una resistencia limitadora que se dispara al momento que la corriente exceda un límite programado para que limite la corriente, y otra es aumentar el amperaje de funcionamiento para que al momento del arranque pueda equilibrarse más rápido. 18.- ¿Qué es un transformador de potencial? ¿Cómo se utiliza? La utilidad de los transformadores eléctricos de potencia se debe a la economía que se obtiene al efectuar el transporte de la energía eléctrica a altos voltajes. Acordarse de que, para la misma potencia, a mayor tensión menor corriente circulará por el conductor y el calibre de este será menor. Y un conductor de menor calibre es más barato. La sección o área transversal del conductor necesaria en una línea de transmisión 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 energía eléctrica.

Así como los transformadores se utilizan para elevar el voltaje y permitir el transporte de la corriente a largas distancias, los transformadores también se utilizan para la reducción del voltaje a niveles aceptables para uso doméstico e industrial.

19.- ¿Qué es un transformador de corriente? ¿Cómo se utiliza? Los transformadores de corriente son transformadores de alta precisión en los cuales la relación de las corrientes primaria a secundaria es una constante conocida que cambia muy poco con la carga. El ángulo de fase entre ellas es muy pequeño, en general mucho menor que un grado. Se lo utiliza para realizar muestreos de corrientes altas y realizar mediciones con aparatos de medición de baja potencia, así por ejemplo en la práctica para medir la potencia disipada por un transformador en el primario, usamos este transformador para disminuir la corriente que ingrese al vatímetro y como la bobina del transformador de corriente se pone en al transformador que se mide no lo afecta en nada.

20.- Un transformador de distribución tiene los siguientes valores nominales: 18 kVA, 20000/480 V y 60 Hz. Este transformador puede suministrar de manera segura 15 kVA a una carga de 415V a 50 Hz? ¿Por qué?

21.- ¿Por qué se escucha un zumbido al estar cerca de un gran transformador de potencia? El transformador está construido por una enorme cantidad de chapas muy finas superpuestas, muy ajustadas, para limitar las pérdidas por las corrientes de fuga que inevitablemente se producen por el flujo magnético muy intenso. Aunque ajustadas, dichas chapas vibran y producen el sonido percibido