CONTENIDO Definiciones fundamentales 15 Transformación de la energía eléctrica en un transformador 17 Transformación electromecánica de la energía en una máquina eléctrica 21 Clasificación de los convertidores inductivos de la energía (transformadores, máquinas eléctricas y convertidores electromecánicos) 26 1 TRANSFORMADORES Capítulo 1. CONSIDERACIONES GENERALES ACERCA DE LOS TRANSFORMADORES Destinación, campo de aplicación y datos nominales de los transformadores 29 Breves nociones históricas sobre los transformadores 33 Estructura de los transformadores 35 Capítulo 2. PROCESOS ELECTROMAGNETICOS EN EL TRANSFORMADOR EN VACIO Régimen de marcha en vacío 47 Ecuaciones de las tensiones 48 Variación de la f.e.m. en función del tiempo. Fórmula para la f.e.m. 49 Curva de imantación del transformador 51 Forma de la curva de corriente en vacío 53 Representación de las ecuaciones del transformador en vacío en forma compleja 54 Pérdidas en vacío 56 Influencia de las pérdidas magnéticas en los procesos de la marcha en vacío 57 Capítulo 3. PROCESOS ELECTROMAGNETICOS EN EL TRANSFORMADOR CON CARGA Campo magnético en el transformador con carga 60 Ecuaciones de las tensiones de los devanados 65 Reducción de las magnitudes secundarias al devanado primario 67 Diagrama vectorial del transformador 69 Circuito eléctrico equivalente del transformador 72 Expresión de las magnitudes eléctricas y de los parámetros del transformador en unidades relativas 73 Influencia de la variación de la carga en los procesos del transformador 77 Transformación de la energía en un transformador cargado 79 Capítulo 4. TRANSFORMACION DE LAS CORRIENTES TRIFASICAS Métodos de transformación de tensiones y corrientes trifásicas [esquemas, designaciones, relaciones fundamentales 83 Descripción de los procesos en los transformadores trifásicos con carga simétrica 87 Esquemas y grupos de conexión de los transformadores 88 Fenómenos que surgen en los transformadores trifásicos durante la formación del campo magnético 94 Capítulo 5. DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LOS PARAMETROS Y PERDIDAS DEL TRANSFORMADOR Determinación de los parámetros y pérdidas por el ensayo en régimen de marcha en vacío 103 Determinación de los parámetros y pérdidas por ensayo en cortocircuito 105 Capítulo 6. CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR CON CARGA Simplificación de las ecuaciones y del circuito equivalente del transformador 110 Variación de la tensión del transformador durante la carga 111 Variación del rendimiento del transformador durante la carga 115 Capítulo 7. REGULACION DE LA TENSION DE LOS TRANSFORMADORES Regulación de la tensión con la desconexión de las redes primaria y secundaria 117 2. Regulación de la tensión bajo carga 119 Capítulo 8. CALCULO DE LOS PARAMETROS DE LOS TRANSFORMADORES Corriente en vacío y resistencia de inducción mutua 121 Resistencia en cortocircuito 123 Capítulo 9. RELACION ENTRE LAS MAGNITUDES QUE CARACTERIZAN LOS PROCESOS ELECTROMAGNETICOS EN EL TRANSFORMADOR Y LAS DIMENSIONES DEL MISMO Variación de la tensión, corrientes, potencia y masa del transformador en función de las dimensiones del mismo 125 Variación de las pérdidas y los parámetros del transformador en función de las dimensiones del mismo 127 Capítulo 10 TRANSFORMADORES DE DEVANADOS MULTIPLES AUTOTRANSFORMADORES Transformadores de devanados múltiples 129 Autotransformadores 137 Capítulo 11. CONEXION EN PARALELO DE LOS TRANSFORMADORES Utilización de la conexión en paralelo de los transformadores 143 Condiciones para conectar los transformadores para el funcionamiento en paralelo 144 Corrientes igualadoras con relaciones de transformación desiguales 146 Distribución de la carga entre los transformadores conectados en paralelo 148 Capítulo 12. CARGA DISIMETRICA DE LOS TRANSFORMADORES TRIFASICOS Causas del surgimiento de la carga disimétrica 151 Transformación de corrientes disimétricas 152 Campos magnéticos y f.e.m. con carga disimétrica 157 Distorsión de la simetría de las tensiones primarias de fase con carga disimétrica 159 Distorsión de la simetría de las tensiones secundarias con carga disimétrica 162 Determinación experimental de la resistencia de secuencia de cero del devanado secundario 166 Regímenes disimétricos monofásicos y bifásicos 167 Capítulo 13. PROCESOS TRANSITORIOS EN EL TRANSFORMADOR Proceso transitorio al conectar el transformador a la red 170 Proceso transitorio durante el cortocircuito en los terminales del devanado secundario 172 Capítulo 14. PROCESOS TRANSITORIOS DE LOS TRANSFORMADORES DURANTE LAS SOBRETENSIONES Causas del surgimiento de las sobretensiones 176 Ecuación diferencial para la distribución inicial de la tensión por el devanado 178 Distribución de las tensiones por el devanado y métodos para su igualación 180 Capítulo 15. TRANSFORMADORES DE DESTINO ESPECIAL Particularidades de los transformadores de destino especial 183 Transformadores para transformar el sistema trifásico en bifásico 183 Transformadores para transformar la frecuencia 184 Transformadores con regulación suave de la tensión 185 Transformadores para la soldadura eléctrica al arco 186 Transformadores para el ensayo de construcciones aislantes 186 Picotransformadores 187 Transformadores de tensión 187 Transformadores de corriente 188 Capítulo 16. CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES Temperaturas admisibles en los elementos de un transformador en los regímenes estables y en los procesos transistorios 18 Sistemas de refrigeración de los transformadores 192 Capítulo 17. REQUERIMIENTOS TECNICOS PLANTEADOS ANTE LOS TRANSFORMADORES Y DATOS TECNICOS DE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA QUE SE FABRICAN EN LA URSS Estandarización en la fabricación de transformadores 195 Datos técnicos de los transformadores de alimentación y de transformadores de baja potencia 196 2. NOCIONES GENERALES DE LA TEORIA DE LA TRANSFORMACION ELECTROMECANICA DE LA ENERGIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICAS Capítulo 18. PROCESOS ELECTROMECANICOS DE LA TRANSFORMACION DE ENERGIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICAS Tipos de máquinas eléctricas por el carácter del desplazamiento y por la forma de sus partes móviles 201 Descripción matemática de los procesos electromecánicos de transformación de la energía en las máquinas eléctricas 205 Capítulo 19. METODOS PARA OBTENER LA VARIACION PERIODICA DEL CAMPO MAGNETICO EN UNA MAQUINA ELECTRICA Condición necesaria para obtener la transformación electromecánica de energía 211 Devanado cilíndrico (de tambor) de polos de signos contrarios 212 Devanado toroidal de polos de signos contrarios 216 Devanado anular y circuito magnético de garras 216 Devanado anular de polos del mismo signo (unipolar) y circuito magnético dentado 216 Capítulo 20. POSIBLES TIPOS PRINCIPALES DE MAQUINAS ELECTRICAS Métodos de obtención de variaciones periódicas en las inductancias de los devanados durante la rotación del rotor 217 Máquinas eléctricas ordinarias (con devanados de polos de signos contrarios en el estator y en el rotor) Máquinas con polos de garras 221 Máquinas de reacción (con un devanado en el estator) 224 Máquinas inductoras (con dos devanados en el estator) 230 Modificaciones de los tipos principales de máquinas eléctricas 241 Capítulo 21. CONDICIONES PARA OBTENER LA TRANSFORMACION UNIDIRECCIONAL DE ENERGIA EN UNA MAQUINA ELECTRICA Máquina con un devanado 248 Máquina con dos devanados 251 Capítulo 22. ESQUEMAS DE DEVANADOS DE MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA Observaciones de introducción 256 Estructura del devanado polifásico de dos capas 256 Esquema de conexión de las bobinas en un devanado imbricado. Números de ramas paralelas y de espiras de fase 264 Esquema de conexión de las bobinas en un devanado ondulado 267 Elección del tipo y de los parámetros de un devanado 269 Modelo del período del devanado. Angulos eléctricos entre los elementos del devanado 271 Devanados no congruentes de dos capas 274 Devanados de excitación 281 Capítulo 23. ENFOQUE DEL CALCULO DEL CAMPO MAGNETICO EN UNA MAQUINA ELECTRICA Planteamiento del problema 282 Admisiones durante el cálculo del campo magnético y su representación en forma de la suma de los campos de los sistemas periódicos de bobinas 285 Estructura espacial del campo magnético de un devanado polifásico 287 Enfoque del cálculo del campo magnético de inducción mutua del devanado polifásico 290 Longitud calculada del circuito magnético 291 Capítulo 24. CAMPO MAGNETICO DE INDUCCION MUTUA DE LA FASE DE DEVANADO Y DE SUS ELEMENTOS Campo magnético y f.m.m. del sistema periódico do corrientes 293 Influencia del carácter dentado de los circuitos magnéticos. Factor de entrehierro 297 Fuerza magnetomotriz del sistema periódico de bobinas 299 Descomposición de las f.m.m. del sistema periódico do bobinas en serie Fourier. Coeficiente de reducción 303 Fuerza magnetomotriz de la fase. Factor de distribución 300 Armónicos pulsantes de la f.m.m. de fase 314 Capítulo 25. CAMPO MAGNETICO DE INDUCCION MUTUA DE UN DEVANADO DE FASES MULTIPLES Representación de las componentes armónicas de pulsación de las fuerzas magnetomotrices (f.m.m.) de la fase en forma de la suma de las f.m.m. giratorias 315 Representación de los armónicos de la f.m.m. de la fase en forma de funciones complejas del espacio y del tiempo 318 Complejos temporales y del espacio y del tiempo y funciones complejas de las magnitudes que caracterizan los fenómenos en una máquina polifásica 321 Fuerza magnetomotriz de un devanado polifásico, componentes armónicas giratorias de esta f.m.m. 324 Armónico fundamental de la inducción del campo magnético de un devanado polifásico (campo giratorio) 330 Armónicos superiores de la inducción del campo magnético giratorio de un devanado polifásico 332 Capítulo 26. CAMPO MAGNETICO DE UN DEVANADO DE EXITACION GIRATORIO Campo magnético de un devanado de excitación concentrado 343 Campo magnético de un devanado de excitación repartido 346 Componentes armónicas giratorias del campo de exitación 348 Capítulo 27. FLUJOS EMBRAGADOS DE LOS CAMPOS GIRATORIOS CON DEVANADOS. FUERZAS ELECTROMOTRICES, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS GIRATORIOS Observaciones de introducción 349 Flujo embragado y f.e.m. de la bobina del devanado 350 Flujo embragado y f.e.m. del grupo de bobinas 354 Flujo embragado y f.e.m. de la fase del devanado 357 Flujos embragados y f.e.m. de un devanado polifásico Diagrama espacial-temporal de los flujos embragados y las f.e.m. 360 Flujos embragados y f.e.m. creados por los armónicos superiores de campos magnéticos giratorios no sinusoidales 362 Capítulo 28. INDUCTANCIA DE LOS DEVANADOS POLIFASICOS Campo fundamental y campo de dispersión 369 Inductancia principal de la fase 370 Inductancia mutua principal entre las fases del devanado 371 Inductancia mutua principal entre la fase del devanado primario y la fase del devanado secundario 372 Inductancia principal del devanado 373 Inductancia mutua principal entre la fase del devanado primario y el devanado secundario 374 Inductancia de dispersión del devanado 375 Capítulo 29. MOMENTO ELECTROMAGNETICO DE ROTACION Expresión del momento de rotación por medio de la variación de la energía del campo magnético 380 Expresión del momento de rotación por medio de las fuerzas electromagnéticas 386 Distribución de la fuerza electromagnética en la zona de la ranura con corriente 396 Capítulo 30. TRANSFORMACION ELECTROMAGNETICA DE LA ENERGIA CON AYUDA DE UN CAMPO MAGNETICO GIRATORIO Potencias electromagnética, eléctrica y mecánica 402 Transformación electromecánica de la energía en la máquina y en su modelo 406 Capítulo 31. PERDIDAS DURANTE LA TRANSFORMACION DE LA ENERGIA. RENDIMIENTO Observaciones de introducción 408 Pérdidas eléctricas 410 Pérdidas magnéticas 417 Pérdidas mecánicas 427 3. ESTRUCTURA DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS Y METODOS DE LOS CALCULOS MECANICOS, HIDRAULICOS Y TERMICOS DE SUS PIEZAS Capítulo 32. PARTICULARIDADES PRINCIPALES DE LA ESTRUCTURA DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS Clasificación de las piezas de la máquina por su destino 429 Exigencias técnicas planteadas ante la estructura do las máquinas eléctricas 434 Capítulo 33. VARIANTES CONSTRUCTIVAS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS Variantes constructivas por el método de montaje 437 Variantes constructivas según el método de protección contra las solicitaciones exteriores 438 Variantes constructivas según el método de enfriamiento 438 Variantes de máquinas según el nivel de ruido 442 Normas principales para las máquinas eléctricas 443 Capítulo 34. CALCULO MECANICO DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS Cálculo mecánico de las piezas por intermedio de las cuales se transmite la potencia mecánica 444 Cálculo de la sujeción de los elementos en rotación del rotor 446 Cálculo del árbol al actuar las fuerzas del peso del rotor y de la atracción magnética 448 Capítulo 35. CALCULO TERMICO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO Esquema principal del sistema de enfriamiento de una máquina eléctrica 451 Transmisión del calor del cuerpo caliente al medio ambiente 453 Calentamiento y enfriamiento de un cuerpo sólido 455 Cálculo de las temperaturas estables de las piezas activas 458 Capítulo 36. CALCULO HIDRAULICO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO Elección del medio refrigerante. Determinación de su gasto 461 Cálculo de las resistencias de las secciones del circuito hidráulico conectadas en serie o en paralelo 464 Cálculo del circuito hidráulico derivado 466 Capítulo 37. ELECCION DE LAS DIMENSIONES DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS Enfoque de la elección de las dimensiones óptimas de las máquinas 467 Relación entre las dimensiones principales y las cargas electromagnéticas 469 Potencia, pérdidas y masa de las máquinas geométricamente semejantes 472