Ejercicios Resueltos de Transformadores Monofásicos y Circuitos Equivalentes

Problema 1: Transformador Monofásico de 4 kVA

Un transformador monofásico de 200/400 V, 4 kVA y 50 Hz ha obtenido los siguientes resultados en sus ensayos:

• Ensayo de vacío (realizado por el lado de baja tensión): 200 V, 0,7 A, 60 W.
• Ensayo de cortocircuito (realizado por el lado de alta tensión): 9 V, 6 A, 21,6 W.

Determinar:

1. Componentes de la corriente de vacío para la tensión y frecuencia nominales.
2. Rendimiento del transformador para una carga de factor de potencia unidad (trabajando en condiciones nominales).
3. Tensión en bornes del secundario del transformador trabajando a plena carga con una tensión en el primario de 200 V bajo las siguientes condiciones particulares:
   • Factor de potencia de la carga: 1.
   • Factor de potencia de la carga: 0,8 inductivo.
   • Factor de potencia de la carga: 0,8 capacitivo.

Problema 2: Transformador Monofásico de 8 kVA

En un transformador monofásico de 8 kVA, 50 Hz, 4000/380 V, se dispone de los siguientes parámetros de diseño:

• Sección del núcleo: 144 cm²
• Factor de relleno: 0,95
• Longitud media del circuito magnético: 1 m
• Valor máximo de la inducción magnética (Bm): 1,32 T

Cuestiones a resolver:

1. Lecturas de los aparatos de medida en el ensayo de vacío a partir de la curva de magnetización.
2. Parámetros de la rama en paralelo del circuito equivalente (Rfe y Xμ).
3. Tensiones relativas de cortocircuito (εcc, εRcc, εXcc).
4. Circuito equivalente completo suponiendo que: R1 = R2’ y X1 = X2’.
5. Tensión que debería aplicarse al primario cuando el transformador trabaja con una carga de factor de potencia 0,8 inductivo a plena carga para mantener 380 V en el secundario.
6. Intensidad de cortocircuito permanente en el lado de alta tensión, considerando que el transformador está conectado a una red de potencia infinita.

Ejercicio 04: Transformador de 2 kVA

Un transformador de 2 kVA, 240/120 V, presenta las siguientes resistencias y reactancias:

• R1 = 0,22 Ω
• R2 = 0,055 Ω
• X1 = 0,45 Ω
• X2 = 0,1125 Ω
• Rp = 1645,7 Ω
• Xm = 255,7 Ω

Nota: Las impedancias del brazo de excitación se dan referidas al lado de alta tensión.

Tareas:

1. Encuentre el circuito equivalente aproximado del transformador referido al lado de alta tensión.
2. Si entrega potencia nominal con un factor de potencia de 0,8 en atraso a una tensión de 120 V, ¿cuál es la tensión del primario del transformador?
3. ¿Cuál es el rendimiento del transformador en la condición anterior?