Ensayos de vacío y cortocircuito en transformadores reales: parámetros

Resumen

El documento estudia el transformador real, considerando la resistencia de los bobinados, el núcleo de chapas magnéticas y el flujo de dispersión. Explica el ensayo en vacío, que permite obtener la relación de transformación, la corriente de vacío y las pérdidas en el hierro. También describe el ensayo en cortocircuito, para determinar Rcc, Xcc, Zcc y las pérdidas en el cobre.

Puntos clave

Los bobinados primario y secundario tienen resistencia óhmica, y el flujo de dispersión atraviesa solo a cada bobinado.
El núcleo de chapas magnéticas reduce las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault.
En el ensayo en vacío se obtienen la relación de transformación m = E1/E2, la corriente I0 y las pérdidas en el hierro Pfe.
La potencia de vacío P0 = V1·I0·cos(φ0) equivale a las pérdidas en el hierro.
En el ensayo en cortocircuito se alimenta el primario con el secundario cortocircuitado hasta alcanzar la intensidad nominal primaria.
La impedancia de cortocircuito se calcula como Zcc = Vcc / Icc y las pérdidas determinadas son las pérdidas en el cobre (Pcu).

Ponte a prueba

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)

Preguntas frecuentes

¿Qué parámetros se obtienen en el ensayo en vacío de un transformador?

En el ensayo en vacío se determinan la relación de transformación (m), la corriente de vacío (I0) y las pérdidas en el hierro (Pfe). Estas últimas son iguales a la potencia de vacío P0 indicada por el vatímetro.

¿Qué se determina en el ensayo en cortocircuito?

Permite determinar Rcc, Xcc y Zcc, la tensión de cortocircuito porcentual y sus componentes, así como las pérdidas en el cobre. Se realiza cortocircuitando el secundario y subiendo gradualmente la tensión del primario hasta obtener la intensidad nominal primaria.

¿Qué son las pérdidas en el cobre?

Son las pérdidas de potencia que se producen en las resistencias de los bobinados primario y secundario cuando circula corriente, y se transforman en calor. Se determinan en el ensayo en cortocircuito.