Conceptos Fundamentales de Electricidad y Transformadores: Circuitos CA y Leyes de Kirchhoff

Fundamentos de Circuitos Eléctricos y Corriente Alterna (CA)

Relaciones de Fase y Componentes Reactivos

• ¿De qué depende el retraso de la intensidad respecto a la tensión cuando se conecta un motor a una red monofásica?

  De la relación resistencia/inductancia (R/L) del motor.

• ¿Por qué se retrasa la tensión respecto de la intensidad cuando se conecta un condensador a la red?

  El condensador no permite cambios bruscos de tensión.

• ¿Cuándo están en fase la tensión y la intensidad?

  Cuando en un circuito eléctrico el $\text{Cos}\phi=1$, la tensión y la intensidad están en fase.

• ¿Qué es el valor eficaz (RMS) de una CA?

  Es el valor de una intensidad constante que desarrolla en una resistencia determinada la misma cantidad de calor que la corriente variable (alterna).

• ¿A qué consideramos un divisor de intensidad?

  A dos resistencias conectadas en paralelo.

Sistemas Trifásicos y Conexiones

• ¿Por qué en la corriente trifásica los vectores de tensión están desfasados 120º?

  Porque los bobinados están dispuestos geométricamente a 120º en el alternador.

• En un circuito conectado en estrella, las tensiones simples son:

  Menores que las compuestas ($\text{V}_{\text{simple}} = \text{V}_{\text{compuesta}} / \sqrt{3}$).

• En un circuito conectado en triángulo (delta), las tensiones simples son:

  Iguales a las compuestas.

• Sistema desequilibrado con neutro conectado en estrella:

  La intensidad de línea es $\sqrt{3}$ veces las intensidades de fase. (Nota: Esta relación solo es rigurosamente cierta en sistemas equilibrados).

• Cuando nos encontramos en un sistema desequilibrado sin neutro, conectado en estrella:

  Las tensiones simples son desconocidas y las tensiones de línea son iguales que las intensidades de fase.

Transformadores: Características, Pérdidas y Acoplamiento

Interpretación de Placa y Pérdidas

• ¿Qué quiere decir la placa de un transformador: "1000 KVA, 20 kV/380 V, Dy11"?

  Indica una potencia aparente de 1000 KVA, una relación de tensión de 20 kV a 380 V, y una conexión Dy11, lo que implica que el desfase que produce es de 330º (o -30º).

• Las pérdidas de potencia en W de un transformador se deben a:

  Los resultados obtenidos en el ensayo de vacío (pérdidas en el hierro) y los resultados obtenidos en el ensayo de cortocircuito (pérdidas en el cobre).

Acoplamiento de Transformadores

• Para acoplar dos transformadores en paralelo:

  Deben tener la misma relación de transformación, la misma tensión relativa de cortocircuito y el mismo índice horario.

• Para acoplar dos transformadores en serie:

  NO deben tener el mismo índice horario y NO deben tener la misma relación de transmisión.

Comportamiento en CC y Fallos

• Si conectamos el primario de un transformador a una corriente continua (CC), la intensidad que circula por el secundario al conectar una carga:

  No circula intensidad (además, el primario se quema por baja impedancia).

• En una industria hay motores y pantallas con condensadores para compensar la reactiva. Si el sistema es monofásico, ¿qué pasaría si se cortara el neutro de la instalación?

  La industria se quedaría sin servicio (a "oscuras").

Leyes Fundamentales y Cálculos

Ley de Faraday y Leyes de Kirchhoff

• ¿A qué se debe el signo negativo en la ecuación de Faraday?

  A la Fuerza Electromotriz (FEM) inducida que se opone a la causa que la produce (Ley de Lenz).

• Ley de Kirchhoff (1ª Ley o Ley de Nudos):

  La suma algebraica de las corrientes que concurren en un nudo de un circuito eléctrico es igual a cero.

• Ley de Kirchhoff (2ª Ley o Ley de Mallas):

  En todo camino cerrado en un circuito, la suma algebraica de las FEM y las diferencias de potencial es igual a cero.

Ejercicios de Cálculo de Cortocircuito

Cálculo de Intensidad de Cortocircuito en Paralelo

En una industria existen dos transformadores trifásicos Dy11 400/20000 V con $\text{Z}_{\text{cct1}} = 10 + 5j$ y $\text{Z}_{\text{cct2}} = 10 + 8j$ a nivel secundario, conectados en paralelo. Calcule la intensidad que circularía si se produjera un cortocircuito trifásico a la salida de este:

Cálculo de Impedancia de Cortocircuito (Zcc)

Los ensayos de cortocircuito de un transformador monofásico de 20000/400 V y de 1000 KVA han dado los siguientes resultados a nivel de primario: $\text{V}_{\text{cc}} = 200 \text{ V}$, $\text{I}_{\text{n}}$, $\text{P}_{\text{cc}} = 500 \text{ W}$. Calcular $\text{Z}_{\text{cc}}$ a nivel de primario con módulo y argumento: