Nuevo Simulador de Circuitos Magnéticos

    Se ha creado un nuevo simulador para el estudio de Circuitos Magnéticos de doble ventana como el mostrado en la siguiente figura, en la que la alimentación se realiza por el devanado de la columna central y es posible conectar cargas en cualquiera de los devanados de las tres columnas.

    El simulador determina tensiones (y por tanto, flujos) e intensidades en cada uno de los devanados considerando el comportamiento no lineal del circuito magnético.

 La explicación de la determinación del circuito equivalente se expone en:
http://blog.aulamoisan.com/2012/07/circuitos-magneticos.html
http://blog.aulamoisan.com/2012/09/circuitos-magneticos-ii.html
http://blog.aulamoisan.com/2012/09/circuitos-magneticos-iii.html

La descarga del programa se puede realizar en http://www.aulamoisan.es/software-moisan/circuitos-magneticos.

Circuitos magnéticos (III)

Moisés San Martín

Continuando con la serie de circuitos magnéticos, en el que tratamos de analizar el circuito de doble ventana de la siguiente figura alimentado en su columna central.

Para el estudio del mencionado circuito magnético ante cualquier carga conectada en sus devanados, utilizamos su CIRCUITO EQUIVALENTE (usado con profusión en el estudio de transformadores eléctricos CON DOS DEVANADOS). Este circuito equivalente consta de una resistencia del primario Rp y una resistencia en el secundario R's (reducida al primario) correspondiente a las pérdidas por efecto Joule; unas reactancias de primario Xdp y secundario X'ds (también reducida al primario) correspondientes a la dispersión de flujo, una resistencia _RFE   correspondiente a las pérdidas de Foucault e histéresis en el circuito magnético; y una reactancia X_µ  que representa el flujo útil. Además, la carga conectada al secundario Z'c se reduce al primario.

 Dado que en este caso el "transformador" dispone de un primario (columna central y varios secundarios (columna central, columna lateral izquierda y columna lateral derecha), el circuito equivalente completo deberá considerar todos estos elementos.

Como ya se vio en artículos anteriores, en todos los casos, el flujo en la columna central se reparte entre sendos flujos en las columnas laterales. Por lo tanto, el CIRCUITO EQUIVALENTE OBTENIDO podría ser el mostrado en la siguiente figura:

Obsérvese que en las columnas laterales (A y C), la reactancia que representa su flujo útil Xµ viene dividida por la mitad. Por otra parte, analizando los elementos del circuito equivalente correspondiente a las columnas centrales, tenemos algo parecido a dos circuitos equivalentes conectados EN SERIE (E_A + E_C = E_B). Dado que el flujo en corriente alterna es proporcional a la tensión, esto nos indica que el flujo de A más el flujo de C es igual al flujo en B (y esto sin considerar los flujos dispersos).

Respecto a la columna central B, se observa que se corresponde con el circuito equivalente clásico de un transformador.

Con el citado circuito equivalente es posible analizar el comportamiento del "transformador ante cualquier carga conectada en su secundario.

Circuitos magnéticos (II)

Moisés San Martín

Continuamos con el análisis de magnético realizado en un circuito de dos ventanas como el mostrado en la figura.

En este caso tratamos de justificar el reparto de los flujos por las columnas laterales ante diferentes cargas. Ya vimos en el post anterior que ante cualquier carga el flujo de la columna central permanece prácticamente constante (debido a que depende de la tensión y la frecuencia).

Si observamos el circuito ante diversas cargas, en todos los casos la corriente por la carga del secundario en la columna de la izquierda es prácticamente igual a la corriente de la carga de la columna derecha:

Esta corriente por la carga origina una tensión, que será proporcional al flujo que circula por esa columna. Se observa que si la resistencia conectada en la columna derecha es doble, por ahí circula prácticamente el doble de flujo que en la columna izquierda. (Recuérdese que por la columna central prácticamente circula el mismo flujo y así se comprueba analizando la tensión en el secundario de la columna central). Por lo tanto, cuanto más carga haya en una columna lateral, más flujo circulará por ella (en detrimento de la otra columna lateral).

La explicación de este fenómeno es el mantenimiento de la fuerza magnetomotriz (NI). Eligiendo un camino cerrado podemos aplicar que la suma algebraica de fuerzas magnetomotrices en ese camino es igual a la suma de flujos por la reluctancia.

Del análisis en vacío determinamos que la corriente de vacío es despreciable (y por tanto su flujo por reluctancia) como vemos en la siguiente figura:

Por lo tanto eligiendo como camino cerrado el marcado con rojo en la figura, la fuerza magnetomotriz de la columna central (NpIp) es prácticamente la fuerza magnetomotriz de la columna derecha (NsIsc). En realidad NsIsc = NpIp-NpIo (siendo Io la corriente de vacío).

Si a la corriente del primario (0,45 A) se le resta la corriente de vacío (0,06 A) y se multiplica por la relación de transformación (0,92) se obtiene prácticamente las corrientes que circulan por los secundarios de las columnas laterales.

Con estos resultados ya estamos en condiciones de elaborar el circuito equivalente para el estudio de este circuito magnético y que haremos en futuros posts.

Circuitos magnéticos

Moisés San Martín

Para el análisis de los circuitos magnéticos vamos a usar el ejercicio propuesto por Fraile Mora en su libro de Máquinas Eléctricas, donde tenemos un transformador trifásico (con tres devanados primarios y tres devanados secundarios). El estudio lo realizaremos en el laboratorio de Máquinas Eléctricas con el software Gestión de ensayos eléctricos.

Utilizaremos para los ensayos un transformador de relación de transformación 0,92. Realizamos una conexión en vacío del transformador en una única columna, la central, como se puede ver en la siguiente figura:

En ese momento aparece una corriente en el primario correspondiente a la corriente de vacío. De las tensiones aparecidad en los diferentes devanados podemos deducir que por la columna central circula el doble de flujo que por las dos columnas laterales.

A continuación conectamos una carga (igual a R) en las columnas laterales a-a' y c-c', obteniéndose los resultados que aparecen en la siguiente figura:

Se puede ver que, como en el caso anterior, el flujo central es doble que en las columnas laterales. A pesar de que la corriente en el primario ahora es mayor, el flujo en la columna central es prácticamente el mismo que en el caso de vacío, es decir, que aunque esa corriente producirá un flujo mayor, tenemos las corrientes en la carga que también producirán un flujo que se opone al anterior. Como resultado obtenemos que el flujo permanece prácticamente constante. Esto es debido a que el flujo producido en corriente alterna depende de la tensión (en realidad de la fuerza electromotriz) y de la frecuencia.

Si conectamos cargas diferentes en el secundario veremos que el reparto de flujo en las columnas laterales ya no es el mismo que en el caso de cargas iguales:

Efectivamente se observa que el flujo por la carga 2R (columna c-c') es prácticamente el doble que por la carga R (columna a-a').

Si en el devanado de una columna lateral se realiza un cortocircuito, veremos que el flujo prácticamente desaparece (para ello observamos la tensión en la otra bobina de esa misma columna). Veamoslo en la siguiente figura:

En futuras entradas del blog expondremos el circuito equivalente necesario para el análisis de estos resultados obtenidos de ensayos de laboratorio. Además prepararemos un simulador con el circuito equivalente que reproduzca de manera teorica los resultados obtenidos experimentalmente.