Tópicos de Ingeniería I: Electrónica analógica

viernes, 20 de mayo de 2011

Transformadores

TRANSFORMADORES

Inductancia Mutua
Es una característica de los circuitos que depende de la geometría de los mismos. Cuando dos bobinas se colocan una cerca de la otra, al pasar una corriente i por una de ellas, creará un campo magnético cuyo flujo penetrará a través de la otra, de tal manera que se puede inducir una fem en cada una por el efecto de la otra. La bobina en la que circula la corriente en forma inicial recibe el nombre de bobina primaria y en la que se induce una fem, bobina secundaria.

La definición de inductancia mutua se puede escribir como :

La inductancia máxima se obtiene cuando los flujos enlazados son máximos:

Coeficiente de acoplamiento
En inductancia mutua se acostumbra usar un factor k , denominado factor o coeficiente de acoplamiento, cuyo valor se encuentra entre 0 y 1.

Por lo tanto la inductancia mutua se puede obtener como:

Razón de voltajes del transformador
Una de las principales aplicaciones de los transformadores es elevar y bajar la tensión, esto se consigue con relación al número de vueltas en el devanado primario y en el secundario.

El hecho de que la razón de tensiones sea igual a la razón de vueltas, puede expresarse
por la siguiente formula:
(NP/ NS )=VP/VS

donde:

NP = Número de vueltas en el devanado primario.
NS = Número de vueltas en el devanado secundario.
VP = Voltaje en el devanado primario.
VS = Voltaje en el devanado secundario. o dispositivo de aislamiento

Resisistencia de la fuente

Una fuente de tensión real está compuesta de una fuente de tensión ideal en serie con una resistenciallamada resistencia interna.

La resistencia interna de una fuente es una resistencia que se coloca en un circuito electrico a fin de modelar el efecto que poseen las fuentes de alimentacion reales cuando a partir de ellas circula una corriente. No es un componente que se puedas quitar o modificar, sino que solo modela la caida de tension en una fuente de alimentacion cuando por ella circula una corriente.

Esta resistencia interna se debe a la resistencia de salida que poseen ciertos circuitos integrados, al igual que la resistencia de los transformadores.

En fuentes de tension, la resistencia se coloca en serie, y mientras menor sea, mejor sera la fuente. En fuentes de corrientes, la resistencia se coloca en paralelo y mientras mayor sea mejor sera la fuente.

¿Cómo se obtiene la resistencia interna?

1- Se mide la tensión en los terminales de una fuente de voltajesin carga (sin RL). El voltaje medido será Vsc (voltaje sin carga)
2- Se conecta una carga y se mide elvoltaje en esta. El voltaje medido será Vcc (voltaje con carga)
3- Se mide la corriente al circuito con carga. La corriente medida será I

Una vez que se tienen estos valores se aplica la siguiente ecuación:

R_I = (Vsc–Vcc)/I

Ejemplo:

Si Vsc = 12 Voltios , Vcc = 11.8 Voltios e I = 10 Amperios
R_I = 0.05 Ohms

Con lo expuesto se puede concluir que a más corriente demande la carga (R_L), menor será elvoltaje terminal, debido a la mayor caída en la resistencia interna (R_I).

El Transformador como dIspositivo de aislamiento

Es un dispositivo que se instala entre la alimentación eléctrica y el equipo que desea proteger, generando un ambiente eléctrico aislado y eliminando el riesgo de posibles daños eléctricos.

Aplicaciones

Cuando la tierra y el neutro están contaminados; crea un
NUEVO circuito de alimentación con fases, neutro, tierra.
Cuando requiere eliminar ruidos eléctricos.
Cuando la instalación eléctrica del edificio es deficiente, o no
apta para el equipo que requiere operar.
Cuando busca incrementar la seguridad en el trabajo y
proteger la vida humana de accidentes eléctricos.

Principio de funcionamiento de transformadores.

El transformador es otro invento realizado por Michael Faraday, funciona por inducción magnética. Como ya señalamos, la mayor cantidad de energía eléctrica utilizada en nuestros hogares, fábricas y oficinas es la producida por generadores de corriente alterna, pues su voltaje puede aumentarse o disminuirse fácilmente mediante un transformador. Este eleva el voltaje de la corriente en las plantas generadoras de energía eléctrica y después lo reduce en los centros de consumo. Dicha característica es la principal ventaja de la corriente alterna sobre la continua.

El principio del transformador se basa en la inducción mutua. Para comprender su funcionamiento observe la figura siguiente:

Transformador simple unido a una fuente de voltaje de corriente alterna.

El voltaje producido en la bobina secundaria B corresponde al doble de

la bobina primaria A.

En esta figura se muestran dos bobinas de alambre, una A formada por 4 espiras conectadas a una fuente de voltaje de corriente alterna (CA) y otra B de ocho espiras con un foco integrado, sin ninguna conexión a una fuente de alimentación de energía eléctrica. Cuando por la bobina A circula una corriente alterna, se observa que el foco se enciende, aunque no está conectada a ninguna fuente. Ello se debe a que al circular corriente alterna por la bobina A, genera un campo magnético cuya intensidad varía constantemente de valor debido al cambio de la corriente en cada alternancia. pues va desde cero hasta alcanzar un valor máximo y después disminuye para llegar otra vez a cero, con lo cual ocasiona un campo magnético variable.
Recibe el nombre de bobina primaria la que está conectada a la fuente de voltaje de CA, y de bobina secundaria aquella donde la corriente es inducida.

Los transformadores se utilizan para elevar o disminuir el voltaje en un circuito de CA. Si lo elevan se denominan de subida o elevación, si lo disminuyen se llama de bajada o de reducción. En el ejemplo de la figura anterior tenemos un trasformador de elevación, toda vez que la bobina B o secundaria tiene el doble de espiras que la A o primaria. Así, el voltaje inducido en B corresponde al doble del voltaje en A. Sin embargo, como al trasformar el voltaje no cambia su potencia ni su frecuencia, el efecto que se presenta es la disminución a la mitad en la intensidad de la corriente de la bobina B.
La corriente disminuye al aumentar el voltaje o viceversa, por que la potencia eléctrica de un transformador es la misma en la bobina primaria que en la secundaria, pues no genera energía y prácticamente tampoco produce pérdidas de ella, así:

Potencia en la primaria = Potencia en la secundaria.

Vp Ip = Vs Is

Si la bobina secundaria tiene más espiras que la primaria, su fem o voltaje es mayor y viceversa. Donde la relación entre el voltaje y el número de vueltas en cada bobina se da con la siguiente expresión:

Voltaje primario = No. de vueltas del primario

Voltaje secundario No. de vueltas del secundario

Vp = Np

Vs Ns

Se puede observar que el primario del transformador consta de una resistencia y de una bobina y a ese circuito le suministra potencia el generador. A su vez el primario transmite al secundario parte

El primario por constar de bobina y resistencia conlleva que haya una diferencia de fase entre la

intensidad y el voltaje. En el secundario la diferencia de fase es despreciable, ya que la resistencia

es muy grande comparada con la reactancia capacitiva de la bobina.

La potencia del primario se pude calcular mediante la ecuación.

de esa potencia. El secundario recibe una potencia y dado que el circuito es resistivo, esa potencia se emplea en generar energía calorífica.
PP = IP·VP ·cosϕ
Vp
experimento.

De esa potencia una parte de la misma 2
( I ·R ) se emplea en efecto térmico en la resistencia total del primario, que vale RT = 470 + 42 = 512 Ω, por tanto, la potencia que el primario puede transmitir al secundario es:
P T
2
T P P P T

La potencia que aparece en el secundario donde solo se consideran efectos resistivos vale:
S S S

Si la potencia PT se transmitiese íntegramente al secundario, entonces PT = PS, sin embargo, esto no es así, debido principalmente a que existen corrientes de Foucault y a que parte del flujo magnético procedente del primario se dispersa por el entorno y no llega al secundario.
En este experimento se calculan PT y PS ; y se analiza la relación entre ambas magnitudes.

Tipos de Transformadores

Transformador elevador/reductor de tensión
Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
Transformadores elevadores
Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno.
Transformadores variables
También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.
Transformador de aislamiento
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.
Transformador de alimentación
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.
Transformador trifásico
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.
Transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V.
Transformador de línea o Flyback
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.
Transformador diferencial de variación lineal
El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.
Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.
Transformador con diodo dividido
Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
Transformador de impedancia
Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.
Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².
Estabilizador de tensión
Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.
Transformador híbrido o bobina híbrida
Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.
Balun
Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.
Transformador electrónico
Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.
Transformador de frecuencia variable
Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.
Transformadores de medida
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.
Según su construcción
Autotransformador
El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.
Transformador con núcleo toroidal
El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.
Transformador de grano orientado
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.
Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
Transformador de núcleo envolvente
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.
Transformador piezoeléctrico
Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.

Referencias

www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r11098.PPT
dcb.fi-c.unam.mx/users/franciscompr/.../EyM_Tema5-4_5-8.pdf
http://www.industronic.com.mx/fichas%20tecnicas/transformadores.pdf
www.espaciodelconocimiento.com
http://www.heurema.com/PDF/PDF35-Transf1/PDF35-TransfcQ.pdfdf
http://www.frbb.utn.edu.ar/electronica/3-tercero/ea-i/3%20BJT%20con%20seniales%20fuertes/Capitulo%2003c-%20Polarizacion%20para%20max.%20excursion.pdf

http://www.arqhys.com/construccion/transformadores-tipos.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador
http://www.unicrom.com/Tut_resistencia_interna.asp

P = I ·V
P =V ·I ·cosϕ − I ·Rla mide el voltímetro, Ip el amperímetro y ϕ es el ángulo de fase, el cual se calcula en el

sábado, 2 de abril de 2011

Tarea 4_Unidad 2: Magnetismo y electromagnetismo

El campo magnético

Es una región de espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

F=qv X B

Donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B).

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

Definición de electromagnetismo

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos. Estos dos fenómenos se unen en una sola teoría, ideada por Faraday, y se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos, campos magnéticos y sus respectivas fuentes, conocidas como las ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos, es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas cuya descripción matemática son campos vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo estudia los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.

Dispositivos Electromagnéticos

El termino, dispositivo electromagnético, se refiere a cualquier elemento que ya sea produce electricidad usando campos magnéticos, es impulsado por campos magnéticos o es magnetizado por electricidad. Dispositivos alimentados por un campo magnético son clasificados como motores eléctricos o solenoides. Generadores eléctricos y alternadores son dispositivos electromagnéticos que producen electricidad usando campos magnéticos. Electroimanes y bobinas electromagnéticas conforman al tercer grupo de dispositivos electromagnéticos.

Cuando nos referimos a un dispositivo electromagnético que esta alimentado por campos magnéticos, hay dos ramas básicas: el motor y el solenoide.

El motor usa corriente eléctrica para generar campos magnéticos dentro de las bobinas para hacer girar el eje del motor en su propio eje.

El solenoide funciona en solo dos direcciones de movimiento. Cuando las bobinas del solenoide están eléctricamente cargadas, el eje se mueve dentro o fuera de la bobina, dependiendo de la orientación magnética de la propia bobina. En algunos casos, el movimiento de la bobina puede ser asistida por un resorte.

Un ejemplo de aplicación de un solenoide es su uso en la operación de mecanismos con tiempo de cerrado (bloqueo) en áreas de alta seguridad, como las cajas fuertes de los bancos. Cuando estos solenoides están recibiendo energía, el eje se mantiene en las bobinas. Cuando el contador de tiempo corta la energía de las bobinas, un resorte empuja al eje fuera de la bobina hacia la posición de cerrado.

Otro grupo de dispositivos electromagnéticos incluye aquellos en los cuales se genera electricidad a partir de corrientes magnéticas. La forma mas simple de un alternador o generador es en realidad un motor eléctrico. En lugar de usar una batería para dar energía al motor, el eje es rotado manualmente. El alternador es distinguible del generador solo por sus partes que se mueven y su salida eléctrica (potencia eléctrica). Los alternadores producen una corriente alterna (AC) haciendo girar imanes a través de bobinas.

Un tercer grupo de dispositivos que pueden llamarse dispositivos electromagnéticos incluyen a cualquier elemento que es magnetizado por electricidad. Por lo tanto los rollos de alambre de el motor eléctrico y el generador pueden por si solos ser clasificados como dispositivos electromagnéticos. Otros dispositivos que entran dentro de esta categoría son los grandes electroimanes usados en el rescate de automoviles y las bobinas electromagnéticas utilizadas en el sistema de encendido en algunos automóviles.

La histéresis magnética

Fenómeno que permite el almacenamiento de información en los imanes de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización en el pequeño imán, que se codifica como un 0 o un 1. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario.

Para poder conocer el ciclo de histéresis de un material, se puede utilizar el magnetómetro de Köpsel, que se encarga de proporcionarle al material ferromagnético los cambios senoidales de la corriente eléctrica para modificar el sentido de los imanes.

En electrotecnia se define la histéresis magnética como el retraso de la inducción respecto al campo que lo crea.

Inducción electromagnética

Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la “inducción magnética” del imán en movimiento.

Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un “campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina.

Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B), sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y conectemos al circuito de esta última un galvanómetro (G), observaremos que cuando movemos el imán por el interior de (A), la aguja del galvanómetro se moverá indicando que por las espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada, en este caso, por la “inducción electromagnética” que produce la bobina (B). Es decir, que el “campo magnético” del imán en movimiento produce “inducción magnética” en el enrollado de la bobina (B), mientras que el “campo electromagnético” que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa segunda bobina produce “inducción electromagnética” en una tercera bobina que se coloque a su lado.


El campo magnético del imán en movimiento dentro de la bobina solenoide (A), provoca que, por.“inducción magnética”, se genere una corriente eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) en esa bobina. Si.instalamos al circuito de (A) una segunda bobina (B), la corriente eléctrica que comenzará a circular por.sus espiras, creará un “campo electromagnético” a su alrededor, capaz de inducir, a su vez, pero ahora.por “inducción electromagnética”, una corriente eléctrica o fuerza electromotriz en otra bobina (C). La.existencia de la corriente eléctrica que circulará por esa tercera bobina se podrá comprobar con la ayuda.de un galvanómetro (G) conectado al circuito de esa última bobina.

Aplicaciones de Inducción Electromagnética

Antes del descubrimiento de la inducción electromagnética , la única fuente de energía era la pila de Volta o la de Daniell, que producían energía cara y en pequeñas cantidades.

Gracias a la inducción electromagnética, una gran cantidad de trabajo mecánico puede transformarse en energía eléctrica de forma rápida y económica, induciendo una corriente en un circuito.

Algunos fenómenos basados en la inducción electromagnética son el funcionamiento de generadores y motores eléctricos.

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor).

Un generador eléctrico es un dispositivo de una instalación eléctrica que transforma una determinada forma de energía en energía eléctrica. Si el generador produce corriente eléctrica continua suele recibir el nombre de dinamo y, si produce corriente alterna, se le llama alternador.

En las centrales eléctricas se produce energía eléctrica a gran escala utilizando una fuerza electromotriz para mover una turbina unida a un generador eléctrico (alternador). La fuerza que mueve las turbinas puede provenir del agua, el vapor, el viento, etc. Según la fuente de energía primaria que se transforma en energía eléctrica, existen distintos tipos de centrales:

Hidroeléctricas: Las turbinas son movidas por el agua que cae por un desnivel. La energía primaria es energía mecánica (energía potencial del agua).

Térmicas: Las turbinas son movidas por vapor. El calor necesario para obtener vapor procede de la combustión de materiales fósiles, como carbón, petróleo o gas natural.

Nucleares: Las turbinas son movidas por vapor, que se obtiene de la fisión nuclear en un reactor, (energía nuclear).

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico

http://www.wisegeek.com/what-are-the-different-types-of-electromagnetic-device.htm

http://www.voltimum.es/news/7509/cm/aplicaciones-de-la-induccion-electromagnetica.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico
http://www.mitecnologico.com/Main/DefinicionElectromagnetismo
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_induc_elecmagnetica/ke_induc_elecmagnetica_1.htm

es.wikipedia.org/wiki/Campo_magnético

miércoles, 30 de marzo de 2011

Tarea 3_Unidad 2: Fasores y operaciones

Por sus siglas de Frequency Addition Source of Optical Radiation

Un fasor es un vector utilizado para representar una onda, de forma que el vector suma de varios fasores puede ser utilizado para determinar la magnitud y fase de varias ondas después de procesos de interferencia. Los fasores se utilizan directamente en óptica, ingeniería de telecomunicaciones y acústica. La longitud del fasor da la amplitud y el ángulo entre el mismo y el eje-x la fase angular. Debido a las propiedades de la matemática de ondas, en electrónica los fasores se utilizan habitualmente en el análisis rudimentario de circuitos en AC. Finalmente, los fasores pueden ser utilizados para describir el movimiento de un oscilador. Las proyecciones del fasor en los ejes x e y tiene diferentes significados físicos.

Los fasores se usan comúnmente sobre todo para resolver visualmente problemas del tipo "existen varias ondas de frecuencia similar pero fases y amplitudes diferentes interfiriendo sobre un punto, ¿cuál es la intensidad resultante?". Para solventar este problema, se dibuja un fasor para cada una de las ondas, y después simplemente se aplica la suma vectorial sobre ellos. La longitud del vector resultante en la amplitud de la onda resultante, y su longitud puede elevarse al cuadrado para obtener la intensidad. Nótese que mientras que la suma de varias ondas seno no es necesariamente otra onda seno, la suma de varias ondas sinusoidales de la misma frecuencia sí lo es, permitiendo leer la fase resultante como el ángulo del fasor resultante.

Una sinusoide u onda seno está definida como una función de la forma (la razón de utilizar una onda coseno en lugar de un seno será entendida posteriormente)

y = A cos(ω t + φ)

donde

y es la cantidad que varía con el tiempo
$φ$ es una constante (en radianes) conocida como el ángulo de fase de la sinusoide
A es una constante conocida como la amplitud de la sinusoide. Es el valor de pico de la función.
ω es la frecuencia angular dada por $ω = 2π f$ donde f es la frecuencia.
t es el tiempo.

Esto puede ser expresado como

$y=\Re\{A\big(\cos{(\omega{}t+\phi)}+i\sin{(\omega t+\phi)}\big)\}\,\!$

donde

i es la unidad imaginaria $\sqrt{-1}$ . En ingeniería eléctrica se usa "j" en lugar de "i" para evitar las confusiones que se producirían con el mismo símbolo que se usa para designar la intensidad de la corriente eléctrica.
$\Re(z)\,\!$ da la parte real del número complejo "z".

De forma equivalente, según la formula de Euler,

$y=\Re(Ae^{i(\omega{}t+\phi)})\,\!$

$y=\Re(Ae^{i\phi}e^{i\omega{}t})\,\!$

"Y", la representación fasor de esta sinusoide se define de la forma siguiente:

$Y = Ae^{i \phi}\,$

de forma que

$y=\Re(Ye^{i\omega{}t})\,\!$

Así, el fasor Y es el número complejo constante que contiene la magnitud y fase de la sinusoide. Para simplificar la notación, los fasores se escriben habitualmente en notación angular:

$Y = A \angle \phi \,$

Definición de fasor: es una cantidad compleja que se emplea para representar funciones del tiempo que varían de forma senoidal.

es un número complejo con:

módulo: la amplitud de la magnitud que representa.
fase: la fase de dicha magnitud en t=0.

El fasor se relaciona con las funciones senoidales a través de la siguiente expresión:

Para poder usarlo en las ecuaciones integro-diferenciales se necesita ver cómo responden a esas operaciones.

Si tenemos una función g(t) con su parte real x(t) y su parte imaginaria y(t), y definimos la función:

diferenciando f(t):

Si diferenciamos g(t) y luego tomamos la parte real:

Al final:

Las relaciones que tenemos en la diferenciación son:

Aritmética fasorial

Lo mismo que con otras cantidades complejas, el uso de la forma exponencial polar $A e i φ$ simplifica las multiplicaciones y divisiones, mientras que la forma cartesiana (rectangular) $a + i b$ simplifica las sumas y restas.

Integración con fasores

Con la función h(t) definida como la integración de f(t):

Las relaciones que hay en la integración se pueden ver a continuación:

Por lo tanto, se pueden resolver las ecuaciones integro-diferenciales que aparecen en régimen permanente senoidal mediante la utilización de fasores. Esto se debe a que las derivadas y las integrales se transforman en multiplicaciones y divisiones por

y así estas ecuaciones se convierten en algebraicas mediante fasores.