Transformadores Eléctricos: Funcionamiento, Tipos y Ensayos
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Un transformador eléctrico se compone de dos o más bobinas o devanados estrechamente acoplados por un flujo magnético guiado por una estructura magnética.
Transformador Ideal en Vacío
En este transformador suponemos que:
- No existen pérdidas en los bobinados debido al efecto Joule (no existe resistencia en los bobinados).
- No existen pérdidas por dispersión de flujo.
- Su circuito magnético no tiene pérdidas.
- No existen pérdidas en el hierro.
En las N1 espiras del arrollamiento primario se origina por autoinducción una fuerza contraelectromotriz e1 (fórmula).
Se puede decir que la fuerza contraelectromotriz es igual y de signo contrario a la tensión aplicada (fórmula).
El valor eficaz es (fórmula).
La fuerza electromotriz genera una pequeña corriente que llamaremos corriente de vacío I0; es la encargada de magnetizar el núcleo de hierro y genera un flujo magnético variable (fórmula).
La relación de transformación nominal de un trafo (fórmula).
Transformador Ideal en Carga
Si colocamos una carga Zc en el secundario, aparecerá una corriente que llamaremos I2. La aparición de esta corriente origina una fuerza magnetomotriz i2 N2, esto tiende a disminuir el flujo existente y también el flujo hará disminuir la tensión U1.
El arrollamiento primario tendrá que reaccionar en forma tal que origine una fuerza magnetomotriz igual y contraria a la que quiere imponer el secundario. Ahí es donde aparece la corriente I21, la cual, sumada a la corriente de vacío, nos da la corriente I1 que corresponde a la condición de marcha en carga.
(Diagrama fórmula)
Transformador Real en Vacío
Para estudiar el transformador real, consideramos que existen pérdidas en el cobre, pérdidas en el hierro y pérdidas por dispersión de flujo.
Debido a estas pérdidas, tendremos en el primario dos nuevas caídas de tensión.
(Fórmula)
Transformador Real en Carga: Circuito Equivalente
El circuito equivalente que vamos a estudiar está compuesto por cuatro parámetros que nos permiten describir el funcionamiento del transformador. Estos son Rh, Xh, Rd y Xd. A su vez, podemos calcular I0, Ii e Ip.
Ensayo de Vacío
La corriente de vacío I0 y sus componentes Ip e Ii, junto con sus parámetros asociados Rh y Xh, se determinan por una medición de circuito abierto o ensayo de vacío. Con los instrumentos correspondientes, realizaremos la medición directa de potencia activa P, de tensión nominal U y de corriente de vacío I0 (fórmula).
Ensayo de Cortocircuito
La resistencia combinada de los devanados Rd y la reactancia de dispersión Xd se determinan poniendo en cortocircuito el devanado de bajo voltaje y excitando el lado de alto voltaje con una tensión reducida capaz de producir la corriente nominal del primario. Se mide el voltaje primario, la corriente de cortocircuito y la potencia activa, y se determinan los parámetros del circuito de la siguiente manera (fórmula).