Aportaciones al modelado del transformador en AF

309 Pages·2012·9.33 MB·Spanish

by  Cándido Capellán Villacián

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.: [phone]

Universidad de Cantabria.
39005 Santander, Cantabria, España.

Impresión: Viela Artes Gráficas
C/ Los Robles, 50 (Pol. Ind. Fuente Ciega)
Tlf. [phone]
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