Ensayo en cortocircuito de transformadores monofásicos: parámetros eléctricos

Resumen

Práctica de laboratorio que explica el ensayo en cortocircuito de un transformador monofásico, en el que se aplica una tensión reducida Ucc al primario para que circule la corriente nominal. Se describe por qué las pérdidas en el hierro son despreciables y cómo se obtienen el factor de potencia, las caídas de tensión y la resistencia y reactancia de cortocircuito. Incluye también el material necesario para realizarla.

Puntos clave

En el ensayo en cortocircuito se unen los bornes del secundario y se aplica al primario una tensión reducida Ucc que hace circular la corriente nominal.
El ensayo proporciona las pérdidas en el cobre nominales, porque las pérdidas en el hierro son despreciables con tensión reducida.
Con Ucc = 5% U1n, las pérdidas en el hierro en cortocircuito son PFecc = (0,05)² · PFe = PFe/400.
El factor de potencia en cortocircuito es cos φcc = Pcc / (Ucc · I1n).
Las caídas de tensión resistiva y reactiva son URcc = Ucc · cos φcc y UXcc = Ucc · sen φcc.
Rcc = URcc / I1n y Xcc = UXcc / I1n; εcc % = (Ucc · 100) / U1n.
Las medidas deben realizarse con rapidez para evitar el calentamiento excesivo de los devanados.

Ponte a prueba

PRÁCTICA 13: ENSAYO EN CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO Y UTILIZACIÓN DE TRANSFORMADORES DE MEDIDA

Introducción

El ensayo en cortocircuito de un transformador consiste en unir los bornes del devanado secundario en cortocircuito y, en esta disposición, aplicar al primario una tensión reducida U_cc (tensión de cortocircuito), de forma que circule por este devanado la corriente nominal.

Esquema

(Espacio para la representación gráfica del circuito de ensayo)

Fundamentos de la Práctica

Este ensayo proporciona el valor de las pérdidas en el cobre nominales, ya que en cortocircuito las pérdidas en el hierro son despreciables. Esto se debe a que, al aplicar una tensión reducida U_cc, la inducción se reduce en la misma proporción y, como las pérdidas en el hierro son aproximadamente proporcionales al cuadrado de la inducción, resulta evidente que serán despreciables.

En efecto:

Si U_cc = 5% U_1n ⇒ B_cc ≈ 0,05 B

Siendo:

B: Inducción máxima con la tensión nominal.
B_cc: Inducción máxima con la tensión de cortocircuito.

Entonces: P_Fecc = (0,05)² · P_Fe = 1/400 · P_Fe

Siendo:

P_Fe: Pérdidas en el hierro nominales.
P_Fecc: Pérdidas en el hierro en el ensayo de cortocircuito.

La potencia que absorbe el transformador en cortocircuito serán las pérdidas en el cobre nominales. El ensayo también permite calcular el factor de potencia en cortocircuito, las caídas de tensión resistivas y reactivas (en valor absoluto y relativo) y el valor de la resistencia y reactancia en cortocircuito.

Si P_cc es la potencia absorbida, U_cc es la tensión reducida o aplicada e I_1n es la corriente que circula (igual a la corriente nominal), se tendrá que el factor de potencia en cortocircuito es:

cos φ_cc = P_cc / (U_cc · I_1n)

Caídas de Tensión en Valor Absoluto

Caída de tensión resistiva: U_Rcc = U_cc · cos φ_cc
Caída de tensión reactiva: U_Xcc = U_cc · sen φ_cc

Tensión de Cortocircuito y Caídas de Tensión en Valores Relativos

ε_cc % = (U_cc · 100) / U_1n
ε_rcc % = (U_Rcc · 100) / U_1n
ε_xcc % = (U_Xcc · 100) / U_1n

Resistencia y Reactancia de Cortocircuito

R_cc = U_Rcc / I_1n
X_cc = U_Xcc / I_1n

Nota: Las medidas se deberán realizar con rapidez para impedir el calentamiento excesivo de los devanados.

Material Necesario

Un transformador monofásico.
Una fuente de alimentación de corriente alterna (C.A.).
Un voltímetro para C.A.
Un vatímetro de cos φ reducido.
Un amperímetro para C.A.

Preguntas frecuentes

¿Por qué en el ensayo en cortocircuito se pueden despreciar las pérdidas en el hierro?

Al aplicar una tensión reducida Ucc, la inducción se reduce en la misma proporción. Como las pérdidas en el hierro son aproximadamente proporcionales al cuadrado de la inducción, resultan despreciables.

¿Qué se obtiene en el ensayo en cortocircuito de un transformador?

Se obtienen las pérdidas en el cobre nominales, el factor de potencia en cortocircuito, las caídas de tensión resistivas y reactivas, y los valores de resistencia y reactancia de cortocircuito.

¿Cómo se calcula la resistencia de cortocircuito Rcc?

Se calcula dividiendo la caída de tensión resistiva URcc entre la corriente nominal I1n, es decir, Rcc = URcc / I1n.