rrar material conductor.

Transcripción

1 174 CAPTULO X EL AUTOTRANSFORMADOR La finalidad de construir autotransformadoras es la de aho rrar material conductor. AHORRO DE COBRE : Hl + i ~ A r r í xl + 15 O,~~~e o H2 X2 J Fig. xl Consideremos un transfortador l~ común. V y Vs. están aproximadarnente en fase. al igual Gua p e s. p = O + rp' p'está completamente en fase con s.

2 '" 115 Tomamos en el devanado primario el punto A, tal que VHA ~ Vs. Cortocircuitemos H2 Y X2 y la tensión V1\Xl se reduce a la debida al pequeño desfase en vp y Vs. pudiéndose cortocircuitar A Y Xl sin alterar sustancialmente el transformador. Como S> p ;;>... Area cond. primo < Area cond. secundar. no podetilos suprimir el secundario, ya que s circularia por el primario del menor calibre y podria auemarlo, entonces suprimirnos el devanado NFEROR del primario y asi ahorramos co breo s p (S )u Ya aue TS e p e~tán casi en fase y podremos ahorrar aún m~s... cobre rebajando el área del devanado secundario. Fig. X2!

3 176 RELACON DE TRANSFORMACON :... " a Vs, J. Siendo N el número de espiras que quedan en el primario. Esta relación es aproximada porque no se incluyen las caidas de tensión. Como flujo es único se suprime en el primario igual número de espiras que tiene el secundario POTENCA DE TRASPASO DRECTO!.. ~ 1s ~. + Vp + V s sp, s p L Fig. x3 Es la potencia ~ ue no pasa por inducción magnética. sino que 10 h~ce oor inducción ELECTRCA y es a VSlp Potencia de Transformación!l... (1s r p) Vs Potencia Total : Vslp + (s l o) Vs : Vsls

4 177 Circuito Referido al primario (Equivalente) ~ p, Xdp rl P Fi q. X4 + N + Ep v P. p1s ls r l +.. Xds r; ~ V + s.. tj L.. ~ ~,_s E r (1) Zs,. rs + JXd s (2) 2..,., o ,,..,.c. s N 2 N 2..,. Ep N N 2 + N N, => 1 a 1... Las f.m.m S~ deben compensar 1.

5 = 1 :::1 0.,.. a 1 Ecuaciones de Malla : vp = rp Zp + Ep + Vs ~Ep = Es<a 1) = p Zp + Vs +(a 1) (Vs p + s Zs) Pero s = *a p, V p = p Zp + vs*a + Zs p (a 1) (a 1) s p Zp + vs*a + Zs p (a 1) 2 Entonces el circuito queda : o f 1 O + Zp Zs (al)2 + ~p.....j. S O, V p a Vs o o

6 Capacid~d Nominal como AutOTransiormador a Capacidad Nominal como Transformadores de 2 arrollamientos = ~ a 1 Pérdidas de plena carga en % de la capacidad Nominal del Autotransf. a s Pérdidas de plena carga en % de la capacidad Nominal como transf. de 2 arrollamientos a Corriente magnetizante como Autotransformador a 1 ~ = Corriente magnetizante como transf. de 2 arrollamientos a Caida por impedancia como Autotransformador a 1 = Caida por impedancia como transf. de 2 arrollamientos 3 Corriente de cortocircuito como hutotransformador a 1 ~ corriente de cortocircuito como transf. de 2 arrollamientos a 1 Regulación como Autotransiormador a 1 = Regulación como transf. de 2 arrollamientos a

7 179 En el autotransformador se transforma únicamente una parte de los KVA de entrada del primario por la acción transformadora, mientras que los restantes se transfieren directamente de las lineas primarias a las lineas secundarias. Las cantidades relativas de potencia transformada y potencia transferida dependen de la relación de transformación. Los autotransformadores ofrecen la mayor ventaja cuando la rel~ción, de transformación es pequeña; cuanto menor es la relación de transfor mación, menor es el tamaño físico del autot:ansformador requerido para alimentar una carga dada. NO obstante, el autotransformador tiene una desventaja en que el lado de baja tiene CONEXON METALCA con el lado de alta tensión, al contra rio del transfol'lllador de dos arrollamientos. De este modo una tierra en el lado de Alta Tensión de un autotransformador puede sujetar el circuito de baja tensión a la alta tensión de la linea de alta tensión., En la Figura X3 se muestra el diagrama ~3~ático de un aut:>ttans formador con tensión primaria aplicada Vp y una tensión de carga V s Justamente al igual que en el transformador de 2 arrollamidntos, el flujo en el núcleo qudda determinado por la f.e.m. inducida Ep (Ep~Vp)' el número de espiras primarias, N + N2 Y la frecuencia de la linea. La parte común del arrollamiento conduce una corridnte igual a la dife =~ncia entre p e s. Si se desprecia la corriente rnag~etizantel la diferencia p 5 puede hacerse algebraicamente (fig. X4)

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9 , ANEXO EL TRANSFORMADOR EN YACO Si suponemos conectado el primario a una red de corriente alterna y el secundario ABERTO, circulará por el primario una corriente lo Y se establecerá en el circuito magnético un flujo alterno r ~o. El valor de este flujo vendrá determinado por la fuerza contrae lectromotriz Epa que haya de opo ner el devanado a la tensión aplicada Up, y la corriente lo será justamente la necesaria para crear dicho flujo (fig.a1). lo r.... +q;.~ l.lf 'V.. E~ U ~ :, \... J Fi.g. A1 Transformador en vaclo.' ~. Como la reluctancia, tratan. dose de un nucleo de chapas de hierro, es muy pequeña, la fuerza magnetomotriz y, por lo tanto, la intensidad lo que ha de ci.rcular por la bobina primaria, es también ~ muy REDUCDA; las caldas de tensión, m 'uy pequeñas y por consiguiente, la fuerza con. trae lectromotriz inducida pór el fluj o, sera casi igual a la tensión aplicada

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11 ~ "Con el secundario ABERTO, es declr, en vacío, la fuerza contraelectromotriz primaria es prácticamente igual a la ten sión aplicada a los bornes" Epo. U p Casii todo el flujo alterno ~o que abraza a las espiras pri,. marias esta a la vez concatenado con las espiras de 1 secun,.,. dario e induce en estas, de modo analogo una fuerza electro motriz Eso que al no circular corriente por este devanado, es igual a la diferencia de potencial Uso aparecida entre terminales Eso Uso 1 J "En vac{o, la tensión en bornes de salida es igual a la fuerza electromotriz secundaria" De hecho podemos admitir que todo el flujo ~o abrazado por el primario atraviesa también las bobinas secundarias sin que se produzca dispersión alguna alrededor del primario En realidad, existe una pequeña fracción ~ do (fig. A 1) con este carácter que se cierra por el aire sobre el primario exclusivamente, pero siendo tan pequeña la fuerza magn~ tomotriz de la bobina primaria en vacío, dicho flujo ~do, Y, "

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13 su efecto inductivo son despreciables, como 10 será la caída ~ ohmica en este devanado. EL TRANSFORMADOR EN CARGA Supongamos ahora que el devanado secundario se cierra alimentando un circuito exterior cualquiera, circulando por él una corriente de carga s (fig. A 2).,.,., ('., l' llj 1... fe '" Segun la Ley de Lenz, esta corri.ente tiende a oponerse _. Ese a la causa que la origina, es ' _+.J decir, 1... a la variación de flujo,. ~o Pero al mismoi: tiem Fig. A2 po la disminución de flujo Transformador en carga tiende a producir otra dism..!, nución proporcional de la fuerza contra electromotriz primaria, y por consiguiente aumenta la corriente absorbida, desde un valor lo hasta un valor p; '" esta refuerza la fuerza magnetomotriz del de " vanado primario y restablece casi fatalmente el flujo origi nal que circula por el núcleo. Designémoslo por ~.

14 '..,!"' =, \ 1 1 \

15 "El efecto inmediato de la carga secundaria ha sido aumentar la corriente primaria hasta un valor p, en la magnitud pr~ cisa para neutralizar el efecto magnético de la corriente se cundaria 1 s ". t Con ello son de notar a la vez otros fenómenos que en vacío hemos considerado despreciables. La corriente primaria aumentada produce ahora una carda óhmica digna de ser tenida en cuenta de modo que la fuerza contrae lectromotriz se redu ce algo en carga desde Epo a Ep. Al mismo tiempo la fuerza magnetomotriz del devanado aumentada por lp, da origen a un flujo de dispersión primario, que tampoco puede dejar de tenerse en cuenta. La fuerza contrae lectromotriz del primario en carga, debida al flujo común ~, por 2 conceptos: varia asi Por la. carda óhmica Por la fuerza contrae lectromotriz de reactancia debida al flujo primario disperso. Designándola por Ep y por ~ el flujo capaz de engendrarla. Este a su vez, requerirá, para mantenerse, una corriente distinta a lo, sea

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17 . La fuerza electromotriz secundaria Es, debida al mismo,,", flujo comun sera menor que en vaclo, y analogamente la fuerza magnetomotriz de la bobina engendra un flujo de dispersión ~sd Y esté una fuerza electromotriz de reactancia que se combina con la anterior y da una resultante Es la cual junto con la cafda por resistencia del devanado contribu ye a producir en los bomes una diferencia de potencial Us distinta también de la que se obtuvo previamente, Uso y i': * *.' '.

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