Máquinas Eléctricas y Transformadores
Se examina el transformador (relación de transformación, ensayos, rendimiento y conexiones) y las máquinas rotativas de inducción y de corriente continua: velocidades, deslizamiento, par y régimen de arranque.
Transformador
- Relación: a = N1/N2 = V1/V2 = I2/I1. La potencia aparente se conserva: S = V1·I1 = V2·I2.
- Ensayo de vacío: mide las pérdidas en el hierro (P_fe) y la rama de magnetización. Ensayo de cortocircuito: mide las pérdidas en el cobre a corriente nominal (P_Cu) y la impedancia serie.
- Rendimiento: η = P_salida/(P_salida + P_fe + P_Cu). Es máximo cuando P_fe = P_Cu, no a plena carga necesariamente.
- Regulación: (V_vacío − V_carga)/V_carga · 100 %. Conexión Y en alta tensión reduce el aislamiento exigido; el neutro solo existe en Y o en zigzag.
Máquina de inducción
- Velocidad sincrónica: n_s = 120·f/p. Deslizamiento: s = (n_s − n_r)/n_s; la frecuencia del rotor es f_r = s·f.
- El motor jaula arranca con 5 a 8 veces la corriente nominal; el arranque estrella-triángulo la reduce a un tercio y también el par.
Máquina de corriente continua
- Fuerza electromotriz: E = k·Φ·ω; el par es proporcional al flujo y a la corriente de inducido. El motor serie da alto par de arranque y no debe arrancar en vacío.
Ejemplo resuelto
Transformador monofásico de 25 kVA, 4160/240 V. Relación a = 4160/240 = 17,33. Corriente primaria nominal: 25 000/4160 ≈ 6,0 A. Corriente secundaria: 25 000/240 ≈ 104,2 A. Verificación: 104,2/6,0 = 17,37, coherente con a. Si el ensayo de vacío da 250 W y el de cortocircuito 450 W a plena carga con fp 0,85, la salida es 21,25 kW y η = 21 250/(21 250 + 700) ≈ 96,8 %.
Errores que cuestan puntos
- Invertir la relación de transformación (a = N1/N2, no N2/N1).
- Confundir kVA con kW y calcular corrientes nominales con la potencia activa.
- Suponer que el rendimiento máximo coincide siempre con plena carga.
- Confundir velocidad sincrónica con velocidad del rotor al calcular el deslizamiento.