Aportaciones al modelado del transformador en AF PDF
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AAAAPPPPOOOORRRRTTTTAAAACCCCIIIIOOOONNNNEEEESSSS AAAALLLL MMMMOOOODDDDEEEELLLLAAAADDDDOOOO DDDDEEEELLLL TTTT RRRR AAAA NNNNSSSSFFFFOOOORRRRMMMMAAAADDDDOOOORRRR EEEENNNN AAAALLLLTTTTAAAA FFFFRRRREEEECCCCUUUUEEEENNNNCCCCIIIIAAAA Cándi do Capellán Villacián i i 1 2 Z11-Z12 Z22-Z12 i i 1 2 v1 v2 v1 Z12 v2 Z L R 1 2 = 1 2 + 1 - w C 2 Y Z2 = G 2+R(B - Bw L)2 Z22-Z91020<módulo impedancia ( Z2 2 - Z 1 2)-frecuencia> L C R Z R C C j = arctg R (1L - wwL2CLC ) 456780000000000 C C 300 200 100 C R L 0105 106Frecuencia (Hz)107 R C L C R Z L fc L R R Z-Z 22 12 R R L C R3 R L L C L3 R4 L4 C4 C3 f c TTTTeeeessssiiiissss DDDDooooccccttttoooorrrraaaallll SSSSaaaannnnttttaaaannnnddddeeeerrrr,,,, 2222000011112222 DDDDiiiirrrreeeeccccttttoooorrrr:::: DDDDrrrr.... DDDD.... MMMMaaaarrrriiiioooo MMMMaaaaññññaaaannnnaaaa CCCCaaaannnntttteeeelllliiii UUUUnnnniiiivvvveeeerrrrssssiiiiddddaaaadddd ddddeeee CCCCaaaannnnttttaaaabbbbrrrriiiiaaaa.... DDDDeeeeppppaaaarrrrttttaaaammmmeeeennnnttttoooo ddddeeee IIIInnnnggggeeeennnniiiieeeerrrrííííaaaa EEEEllllééééccccttttrrrriiiiccccaaaa yyyy EEEEnnnneeeerrrrggggééééttttiiiiccccaaaa.... __________________________________________________________________ TTTTeeeessssiiiissss DDDDooooccccttttoooorrrraaaallll “AAAAppppoooorrrrttttaaaacccciiiioooonnnneeeessss aaaallll mmmmooooddddeeeellllaaaaddddoooo ddddeeeellll ttttrrrraaaannnnssssffffoooorrrrmmmmaaaaddddoooorrrr eeeennnn aaaallllttttaaaa ffffrrrreeeeccccuuuueeeennnncccciiiiaaaa” ppppoooorrrr CCCCáááánnnnddddiiiiddddoooo CCCCaaaappppeeeelllllllláááánnnn VVVViiiillllllllaaaacccciiiiáááánnnn UUUUnnnniiiivvvveeeerrrrssssiiiiddddaaaadddd ddddeeee CCCCaaaannnnttttaaaabbbbrrrriiiiaaaa SSSSaaaannnnttttaaaannnnddddeeeerrrr,,,, 2222000011112222 __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ “Aportaciones al modelado del transformador en alta frecuencia” © CÁNDIDO CAPELLÁN VILLACIÁN, 2012 Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética Avd. de los Castros s/n Tlf.: +34 942 20 13 70 Universidad de Cantabria. 39005 Santander, Cantabria, España. Impresión: Viela Artes Gráficas C/ Los Robles, 50 (Pol. Ind. Fuente Ciega) Tlf. +34 941 30 51 45 Haro, La Rioja, España. __________________________________________________________________ TTTTeeeessssiiiissss ddddooooccccttttoooorrrraaaallll Universidad de Cantabria __________________________________________________________________ “Aportaciones al modelado del transformador en alta frecuencia” Tesis presentada como requisito parcial para obtener el grado de Doctor: Autor: D. Cándido Capellán Villacián Director: Dr. D. Mario Mañana Canteli Santander, a de de 2012. __________________________________________________________________ Tesis Doctoral. i __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Tesis Doctoral. ii __________________________________________________________________ AAAA mmmmiiii ffffaaaammmmiiiilllliiiiaaaa __________________________________________________________________ iii __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ iv __________________________________________________________________ AAAAggggrrrraaaaddddeeeecccciiiimmmmiiiieeeennnnttttoooossss Estas líneas desean expresar mi más sincero agradecimiento a todas aquellas personas que de uno u otro modo han contribuido a que esta tesis sea una realidad. Gracias a mi tutor, Mario Mañana Canteli por conseguir que a lo largo del camino siguiera con paso firme y constante sin desviarme de la senda. Sin él, nunca habría alcanzado la meta. Es un placer, y un honor, trabajar con personas de su talento y talante. Gracias a Isabel Carriles Ripoll, secretaria del Departamento, por su paciencia. Gracias a Alberto Arroyo y Enrique Hervás, miembros del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética, por su importante y desinteresada ayuda. Gracias al Sr. Raúl Esteve, de la empresa CROVISA, por su amable colaboración. Gracias a mi familia: mis hermanos Fede y Clara, mis suegros Mª Cruz y Paco, tíos, cuñados, primos y sobrinos, siempre han estado ahí cuando les he necesitado brindándome su apoyo y energía; en especial gracias a mis padres Federico y Mª Isabel por su cariño incondicional y porque con su generoso esfuerzo han hecho posible que llegase hasta aquí. Sin duda unos padres magníficos, de diez. Gracias, por fin, a Berta, por su amor, tiempo regalado y comprensión, al fin llegó a entender el por qué de mi empeño en doctorarme a pesar de las dificultades. También expresarla mi admiración; en mitad de la elaboración de esta Tesis pasamos momentos difíciles que, “gracias a nuestra Virgen de la Vega”, supimos superar juntos. Si tuviera que desvelar los secretos: la Fe, el amor, la lucha y la ilusión por seguir adelante. Gracias a todos aquellos que, desde mi olvido, no han sido citados expresamente pero han colaborado a llevar a buen puerto esta tesis. Ellos saben quienes son. No quisiera acabar esta lista de agradecimientos sin recordar a mis abuelos Federico, Felisa, Cándido y Alejandra. Ya no están aquí, pero sin duda para mi han sido un excelente ejemplo de vida. Gracias. A todos, mil y mil gracias. __________________________________________________________________ v __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ vi RRRReeeessssuuuummmmeeeennnn __________________________________________________________________ RESUMEN Sobre todo en el área de las comunicaciones, es común encontrar sistemas eléctricos o electrónicos trabajando en amplios rangos de frecuencia (de decenas a millones de hercios); su utilización va en aumento, y conocer la respuesta de los dispositivos que los integran con respecto a la misma, también. Un medio de predecir tal respuesta, se basa en el empleo de técnicas singulares de diseño orientadas a la creación de modelos equivalentes capaces de simular el comportamiento original del dispositivo. Como punto y seguido, la presente Tesis aborda este tema para uno de los dispositivos más utilizados en la transmisión y distribución de energía eléctrica: el transformador. En primer lugar, para disponer de documentación puesta al día, se han recopilado y analizado los trabajos más relevantes referidos al modelado del transformador en alta frecuencia. Seguidamente, tomando como base experimental un transformador trifásico de laboratorio de 4 kVA, se han planteado los montajes y metodologías asociadas para conseguir los modelos de baja y alta frecuencia. Los modelos obtenidos pueden ser sintetizados a circuitos RLC y su precisión evaluada mediante sencillos montajes. Inicialmente, se somete a prueba al modelo clásico de BF para determinar la frecuencia máxima hasta la que puede ser utilizado. A continuación, se propone un nuevo modelo en AF y su respuesta se evalúa y valida mediante medidas. El comportamiento en AF de los transformadores de potencia está caracterizado por la aparición de puntos de resonancia debidos a los efectos inductivos y capacitivos que se producen en los devanados, tanque y núcleo. __________________________________________________________________ TTTTeeeessssiiiissss DDDDooooccccttttoooorrrraaaallll DDDDeeeeppppaaaarrrrttttaaaammmmeeeennnnttttoooo ddddeeee IIIInnnnggggeeeennnniiiieeeerrrrííííaaaa EEEEllllééééccccttttrrrriiiiccccaaaa yyyy EEEEnnnneeeerrrrggggééééttttiiiiccccaaaa.... UUUUnnnniiiivvvveeeerrrrssssiiiiddddaaaadddd ddddeeee CCCCaaaannnnttttaaaabbbbrrrriiiiaaaa.... vii
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