Determinación de Parámetros en Transformadores Reales: Ensayos de Vacío y Cortocircuito

Estudio de un Transformador Real

Para comprender el funcionamiento de un transformador real, es fundamental tener en cuenta las siguientes características:

• Tanto el bobinado primario como el secundario poseen una cierta resistencia óhmica.
• El núcleo del transformador está constituido por chapas magnéticas. Esto se hace con el fin de reducir las pérdidas en los circuitos magnéticos, debidas a la histéresis y las corrientes parásitas o de Foucault.
• El flujo no es del todo común, lo que genera un flujo de dispersión que solo atraviesa los propios bobinados (Id1 es producido por N1 e Id2 por N2).

Ensayo en Vacío del Transformador

Mediante el ensayo en vacío, se pueden determinar los siguientes parámetros clave del transformador:

• La relación de transformación (m).
• La corriente de vacío (I0).
• Las pérdidas en el hierro (Pfe).

Procedimiento:

Para llevar a cabo este ensayo, se conecta un voltímetro (V1) en el primario y otro en el secundario (V2). Además, se intercala un amperímetro (A) y un vatímetro (W) en el circuito primario.

• El amperímetro indica la corriente en vacío (I0).
• El voltímetro (V2) mide la fuerza electromotriz (E2) inducida en el secundario, y el V1 mide la tensión aplicada al primario.

La relación de transformación exacta se calcula mediante la siguiente expresión:

m = E1 / E2

El vatímetro indica la potencia de vacío (P0), que será igual a las pérdidas en el hierro (Pfe). La fórmula es:

P0 = V1 * I0 * cos(φ0) = Pfe

Ensayo del Transformador en Cortocircuito

Mediante este ensayo es posible determinar los siguientes componentes del circuito equivalente del transformador:

• Los parámetros Rcc, Xcc y Zcc (resistencia, reactancia e impedancia de cortocircuito).
• La tensión de cortocircuito porcentual y sus componentes.
• Las pérdidas en el cobre.

Procedimiento:

Para llevar a cabo el ensayo, se cortocircuita el secundario con un amperímetro. Se alimenta el primario con tensión alterna regulable. En el primario se conecta un amperímetro (A1), un voltímetro (Vcc) y un vatímetro (W).

El ensayo se inicia aplicando cero voltios y se va subiendo gradualmente la tensión hasta que el amperímetro (A1) indique un valor de corriente igual a la intensidad nominal primaria (I1n) correspondiente al transformador a ensayar. Cuando el amperímetro (A1) indique la intensidad nominal primaria (I1n), el amperímetro (A2) indicará la intensidad nominal secundaria (I2n).

Al circular corriente por el primario y por el secundario, se producirán pérdidas de potencia en las resistencias de ambos bobinados, que se transforman en calor. Estas pérdidas, conocidas como pérdidas en el cobre (Pcu), son las que se determinan en este ensayo.

La impedancia en cortocircuito (Zcc) se calcula mediante la Ley de Ohm:

Zcc = Vcc / Icc

Los componentes Rcc y Xcc se pueden determinar a partir del triángulo de impedancias. El factor de potencia (cos φcc) se calcula como:

cos φcc = Pcc / (Vcc * I1n)