Ensayos Fundamentales de Transformadores: Vacío y Cortocircuito

Ensayo de Transformadores: Determinación de Pérdidas y Parámetros

En los transformadores eléctricos, existen **pérdidas de potencia** inherentes en el **hierro** (circuito magnético) y en el **cobre** (devanados). Estas se determinan mediante **ensayos en vacío** y en **cortocircuito**, los cuales permiten caracterizar el comportamiento y la eficiencia de la máquina.

Funcionamiento en Vacío

El ensayo en vacío se realiza para medir las **pérdidas en el hierro**. Para ello, se abre el circuito secundario y se alimenta el primario a **tensión nominal**. La potencia absorbida por el primario en estas condiciones corresponde casi exclusivamente a las **pérdidas en el hierro**. Al ser nula la corriente en el secundario, no aparecen pérdidas de potencia en el cobre de este devanado. Se desprecia la corriente de pérdidas en el cobre del primario por ser muy pequeña. La **corriente de vacío (I₀)** depende del tipo de chapa magnética utilizada. En transformadores antiguos, la corriente de vacío nominal oscilaba entre el 4% y el 14% de la corriente nominal, mientras que en los modernos se sitúa entre el 0.6% y el 8%.

Pérdidas en el Hierro

Las **pérdidas en el hierro** son **constantes** y dependen del tipo de chapa magnética utilizada. En el circuito equivalente de vacío, no se considera la pérdida en el cobre del primario, resultando en dos componentes de corriente:

• I_G: corriente reactiva o de magnetización
• I_N: corriente activa o de pérdidas en vacío

La resistencia de los devanados se puede medir con un voltímetro y un amperímetro en corriente continua (CC). Las **pérdidas en el hierro** se determinan directamente con un **vatímetro** durante el ensayo en vacío. Las **pérdidas en el cobre** se calculan por separado.

Esquema de Conexión (Ensayo en Vacío)

Un amperímetro (A₀) se conecta en serie con el primario, un voltímetro (V₁) en paralelo al primario, y un vatímetro (W) para medir la potencia. El secundario (donde se mediría V₂) permanece abierto y desconectado durante la medición de las pérdidas en el hierro.

Relación de Transformación en Vacío

Para determinar la **relación de transformación en vacío**, se conectan dos voltímetros: uno entre dos fases del primario (V₁) y otro entre dos fases del secundario (V₂), estando este último en vacío. La **relación de transformación en vacío** (m₀) se define como m₀ = V₁ / V₂. Este método es aplicable tanto para transformadores monofásicos como para trifásicos con la misma conexión de bobinados.

Ensayo en Cortocircuito

El ensayo en cortocircuito se realiza para determinar las **pérdidas en el cobre** y otros parámetros importantes. Se cortocircuita el secundario, generalmente a través de un amperímetro. Se alimenta el primario con una **tensión regulable** (desde cero) hasta que la corriente en el secundario alcance su **valor nominal**. La tensión aplicada en el primario en este punto se denomina **tensión de cortocircuito**. Se mide la tensión en el primario con un voltímetro (V₁) y las intensidades en ambos devanados con amperímetros (A₁ y A₂).

Esquema de Conexión (Ensayo en Cortocircuito)

Un voltímetro (V₁) en paralelo al primario, un amperímetro (A₁) en serie con el primario, un vatímetro (W) y un amperímetro (A₂) en el secundario cortocircuitado.

De este ensayo se obtienen las **pérdidas en el cobre**, la **tensión de cortocircuito** (Vcc), la **impedancia de cortocircuito**, la **corriente máxima de cortocircuito** y el **factor de potencia en cortocircuito** (cos φ_cc).

Pérdidas en el Cobre

Al ser la tensión aplicada en el primario muy baja durante este ensayo, las **pérdidas en el hierro** son **despreciables**. Al estar el secundario en cortocircuito, la tensión en sus bornes es nula. La **potencia absorbida** por el primario corresponde casi exclusivamente a las **pérdidas en los bobinados (pérdidas en el cobre)**, las cuales varían con el cuadrado de la corriente de carga.

Tensión de Cortocircuito (Vcc)

Es la **tensión necesaria** que debe aplicarse al primario de un transformador, con el secundario en cortocircuito, para que circule la **corriente nominal** por ambos devanados. Se expresa habitualmente como un **porcentaje de la tensión nominal del primario**.

Corriente Máxima de Cortocircuito

Cuando se produce un cortocircuito franco (unión de dos conductores de fase o fase-neutro), las **corrientes** en el primario y el secundario pueden alcanzar **valores extremadamente altos**. Esto puede **deteriorar la máquina** rápidamente debido al **calor excesivo** generado (efecto Joule) y a los **esfuerzos mecánicos** intensos en los bobinados.