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taller maquinas electricas transformadores, Apuntes de Máquinas Eléctricas

taller o trabajo de semestre maquinas

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 09/09/2021

juan-felipe-granados-prieto
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Capítulo 23 | Transformadores y circuitos acoplados
NOTAS DE MULTISIM Y PSPICE
PARA CIRCUITOS ACOPLADOS
1. Multisim usa las ecuaciones del transformador ideal E
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1apara hacer un modelo de un transformador mediante su relación de
vueltas. También se pueden establecer los efectos de la resistencia del de-
vanado, del flujo de fuga y de la corriente de excitación como se hizo en la
figura 23-41.
2. PSpice y Multisim requieren tierras en ambos lados del transformador.
3. El modelo XFRM_LINEAR de transformador en PSpice se basa en au-
toinductancias y en el coeficiente de acoplamiento y por tanto es capaz de
manejar en forma directa circuitos débilmente acoplados. También es
capaz de hacer modelos de circuitos fuertemente acoplados (tal como los
transformadores de núcleo de hierro). Para ver cómo, observe que la teoría
básica muestra que para un transformador ideal de núcleo de hierro k1
y L
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son infinitas, pero su relación es L
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. Entonces, para
aproximar el transformador, se asigna a L
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un valor arbitrario muy grande,
entonces, se calcula L
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. Esto fija el valor de a, permitiendo mode-
lar los transformadores de núcleo de hierro con base sólo en su relación de
vueltas.
4. El signo del coeficiente de acoplamiento para usar con PSpice depende de
las localizaciones del punto. Si los puntos están en extremos adyacentes
de las bobinas (figura 23-61), haga kpositivo; si los puntos están en extre-
mos opuestos (figura 23-64) haga knegativo.
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n circuito que usted está construyendo, requiere un inductor de 3.6 mH. En
su cajón de partes encuentra inductores de 1.2 mH y 2.4 mH. Razona que si
los conecta en serie, la inductancia total será de 3.6 mH. Después de construir
y probar el circuito, encuentra que está fuera de lo esperado. Después de un cui-
dadoso razonamiento, sospecha que el acoplamiento mutuo entre las bobinas está
alterando su operación. Por ello decide medir esta inductancia mutua. Sin em-
bargo, tiene un medidor que sólo mide la autoinductancia. Entonces, le surge una
idea, desenergizará el circuito, desoldará el extremo de uno de los inductores y
medirá la inductancia total. Obtiene 6.32 mH. ¿Cuál es la inductancia mutua?
PUESTA EN PRÁCTICA
FIGURA 23-71
23-1 Introducción
1. Para los transformadores de la figura 23-71, dibuje las formas de onda que
faltan.
23-2 Transformadores de núcleo de hierro: el modelo ideal
2. Enliste cuatro cosas que no se toman en cuenta cuando se idealiza un transfor-
mador con núcleo de hierro.
PROBLEMAS
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(a)
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830 Capítulo 23 | Transformadores y circuitos acoplados

NOTAS DE MULTISIM Y PSPICE

PARA CIRCUITOS ACOPLADOS

  1. Multisim usa las ecuaciones del transformador ideal Ep Es  a e Ip Is  1 a para hacer un modelo de un transformador mediante su relación de vueltas. También se pueden establecer los efectos de la resistencia del de- vanado, del flujo de fuga y de la corriente de excitación como se hizo en la figura 23-41.
  2. PSpice y Multisim requieren tierras en ambos lados del transformador.
  3. El modelo XFRM_LINEAR de transformador en PSpice se basa en au- toinductancias y en el coeficiente de acoplamiento y por tanto es capaz de manejar en forma directa circuitos débilmente acoplados. También es capaz de hacer modelos de circuitos fuertemente acoplados (tal como los transformadores de núcleo de hierro). Para ver cómo, observe que la teoría básica muestra que para un transformador ideal de núcleo de hierro k  1 y L 1 y L 2 son infinitas, pero su relación es L 1 L 2  a^2. Entonces, para aproximar el transformador, se asigna a L 1 un valor arbitrario muy grande, entonces, se calcula L 2  L 1 a^2. Esto fija el valor de a, permitiendo mode- lar los transformadores de núcleo de hierro con base sólo en su relación de vueltas.
  4. El signo del coeficiente de acoplamiento para usar con PSpice depende de las localizaciones del punto. Si los puntos están en extremos adyacentes de las bobinas (figura 23-61), haga k positivo; si los puntos están en extre- mos opuestos (figura 23-64) haga k negativo.

U

n circuito que usted está construyendo, requiere un inductor de 3.6 mH. En su cajón de partes encuentra inductores de 1.2 mH y 2.4 mH. Razona que si los conecta en serie, la inductancia total será de 3.6 mH. Después de construir y probar el circuito, encuentra que está fuera de lo esperado. Después de un cui- dadoso razonamiento, sospecha que el acoplamiento mutuo entre las bobinas está alterando su operación. Por ello decide medir esta inductancia mutua. Sin em- bargo, tiene un medidor que sólo mide la autoinductancia. Entonces, le surge una idea, desenergizará el circuito, desoldará el extremo de uno de los inductores y medirá la inductancia total. Obtiene 6.32 mH. ¿Cuál es la inductancia mutua?

PUESTA EN PRÁCTICA

FIGURA 23- 23-1 Introducción

  1. Para los transformadores de la figura 23-71, dibuje las formas de onda que faltan. 23-2 Transformadores de núcleo de hierro: el modelo ideal
  2. Enliste cuatro cosas que no se toman en cuenta cuando se idealiza un transfor- mador con núcleo de hierro. PROBLEMAS   ep^ es (a)   ep es (b)
  1. Un transformador ideal tiene Np  1000 vueltas y Ns  4000 vueltas. a. ¿El voltaje se eleva o se reduce? b. Si es  100 sen qt, ¿qué valor tiene ep cuando se devana como en la figura 23-7(a)? c. Si Es  24 volts, ¿qué valor tiene Ep? d. Si Ep  24 V∠ 0 , ¿qué valor tiene Es cuando se devana como en la figura 23-7(a)? e. Si Ep  800 V∠ 0 , ¿qué valor tiene Es cuando se devana como en la figura 23-7(b)?
  2. Un transformador reductor de voltaje 3:1 tiene una corriente en el secundario de 6 A. ¿Cuál es la corriente en el primario?
  3. Para la figura 23-72, determine las expresiones para v 1 , v 2 y v 3.
  4. Si, para la figura 23-73, Eg  240 V∠ 0 , a  2, y ZL  8   j 6  deter- mine lo siguiente: a. VL b. IL c. Ig
  5. Si, para la figura 23-73, Eg  240 V∠ 0 , a  0.5, e Ig  2 A∠ 20 , determine lo siguiente: a. IL b. VL c. ZL
  6. Si, para la figura 23-73, a  2, VL  40 V∠ 0 , e Ig  0.5 A∠ 10 , determine ZL.
  7. Si, para la figura 23-73, a  4, Ig  4 A∠ 30 , y ZL  6  j 8 , determine lo siguiente: a. VL b. Eg
  8. Si, para el circuito de la figura 23-73, a  3, IL  4 A∠ 25 , y ZL  10 ∠ 5  , determine lo siguiente: a. La corriente y voltaje del generador. b. La potencia a la carga. c. La potencia de salida del generador. d. ¿Es Psal  Pent? 23-3 Impedancia reflejada
  9. Para cada circuito de la figura 23-74, determine Zp.

Problemas 831

FIGURA 23- eg t 24V  eg  v 1  v 2  v 3 1:1 1:6 3: FIGURA 23- (a) Zp 2: 10  j 20  IL (b) ZL Zp 4  1  j 8  100: IL FIGURA 23-  Eg  VL Ig IL ZL

  1. Se requiere conectar un transformador de 5 kVA y 120/240 V como un auto- transformador a una fuente de 120 V para suministrar 360 V a la carga. a. Dibuje el circuito. b. ¿Cuál es la corriente máxima que la carga puede demandar? c. ¿Cuál es la máxima carga en kVA que puede ser suministrada? d. ¿Cuánta corriente demanda la fuente? 23-6 Transformadores de núcleo de hierro prácticos
  2. Para la figura 23-77, Eg  1220 V∠ 0 . a. Dibuje el circuito equivalente. b. Determine Ig, IL, y VL.
  3. Para la figura 23-77, si VL  118 V∠ 0 , dibuje el circuito equivalente y deter- mine a. IL b. Ig c. Eg d. voltaje sin carga e. regulación

Problemas 833

  1. Un transformador que entrega Psal  48 kW tiene un pérdida en el núcleo de 280 W y una pérdida en el cobre de 450 W. ¿Cuál es su eficiencia a esta carga? 23-7 Pruebas de los transformadores
  2. Una prueba de cortocircuito (figura 23-46) a la corriente especificada produce una lectura del wattímetro de 96 W y una prueba a circuito abierto (figura 23-48) produce una pérdida de núcleo de 24 W. a. ¿Cuál es la eficiencia del transformador cuando se entrega la salida de 5 kVA completa especificada a un Fp unitario? b. ¿Cuál es su eficiencia cuando se suministra un cuarto de los kVA especifi- cados a un Fp de 0.8? 23-9 Circuitos débilmente acoplados
  3. Para la figura 23-78, v 1  L 1  d d i t 1  M d d i t 2 , v 2  M d d i t 1   L 2  d d i t 2  Para cada circuito indique qué signo usar con M, más o menos.
  4. Para un conjunto de bobinas, L 1  250 mH, L 2  0.4 H, y k  0.85. ¿qué valor tiene M?
  5. Para un conjunto de bobinas acopladas, L 1  2 H, M  0.8 H y el coeficiente de acoplamiento es de 0.6. Determine L 2.
  6. Para la figura 23-52(a), L 1  25 mH, L 2  4 mH, y M  0.8 mH. Si i 1 cambia a una tasa de 1200 A/s, ¿cuáles son los voltajes inducidos en el primario y en el secundario?
  7. Todo igual que en el problema 32, excepto que i 1  10 e^500 t^ A. Encuentre las ecuaciones de los voltajes del primario y el secundario. Calcúlelos a t  1 ms. 10: ZL VL IL  4  j 4   Eg 0.02  j0.02  Ig Transformador 4  j 4  IL a FIGURA 23- FIGURA 23- (b)   v 1 v 2 i 1 i 2 (a)   v 1 v 2 i 1 i 2 (c)   v 1 v 2 i 1 i 2