Pruebas del transformador monofásico.

 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL TRANSFORMADOR.

La obtención de los cuatro parámetros básicos del transformador, impedancia del primario, impedancia del secundario, impedancia de magnetización y corriente en vació se pueden se realizan por medio de tres pruebas sencillas que se llaman prueba en vacío y la prueba de corto circuito y la prueba de corriente continua, aunque esta última puede no ser necesaria en este blog no se tiene en cuenta.

PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO.

Para el ensayo de circuito abierto se debe alimentar el primario a tensión nominal al mismo tiempo que el secundario no tiene nada conectado entre sus terminales (está en vacío). Como primario, se puede seleccionar el lado de alta tensión o el lado de baja tensión, esta conexión solo se afectan las magnitudes de las corrientes y tensiones y se debe tener en cuenta para saber en que lado se tomaron las medidas. Pero hay algunas normas que indican claramente que esta prueba se debe realizar por el lado de baja tensión, ya que algunas veces es difícil conseguir una tensión aplicable al lado de alta ya sea por seguridad o por presupuesto (por ejemplo, en el caso de transformadores de potencia de 220KV/34.5KV donde es difícil tener la tensión del lado de alta). Además, las corrientes que se manejan en esta prueba son bajas.

En la figura siguiente se puede ilustrar el procedimiento para realizar la prueba de circuito abierto. Por el secundario no circula ninguna corriente y por ende allí no se presenta ningún tipo de pérdidas, ahora si analizamos el primario hay unas pérdidas en el cobre del primario o en la resistencia R₁ y unas pérdidas en la resistencia de magnetización. Como se ha dicho con anterioridad, la corriente en vacío es del orden del 4 al 8% de la corriente nominal; además las impedancias de los devanados son pequeñas comparadas con las impedancias de la rama de magnetización. Con gran precisión se pude suponer que las pérdidas allí registradas son las pérdidas en el hierro .

Como ya sabemos, las pérdidas en el hierro son debidas a las corrientes por ciclos de histéresis y las corrientes de Foucault. Ahora bien, estas dependen de la inducción máxima, o dicho de otra manera, por el voltaje aplicado y de su frecuencia. La variación de las perdidas en el hierro  con el voltaje es pequeña, por lo que no se incluye en un error grande si se consideran constantes para cualquier tensión aplicada. En cuanto a la frecuencia, digamos que un transformador destinados a uso industrial utilizará una frecuencia de 50 o 60 Hz dependiendo del país donde se vaya a instalar. Y así podemos suponer que las pérdidas  de los transformadores son las mismas para todas las cargas e iguales a la prueba de vacío.

1. Una vez hechas las consideraciones anteriores se puede hacer el cálculo de la impedancia.
2. Tome los valores de tensión V_pv, corriente I_pv, y potencia P_pv de los instrumentos de medición.
3. El valor de la potencia aparente se calcula como:

4. Calcule el valor de la potencia reactiva Q como,

5. Calcule el valor de la resistencia de magnetización por medio de

6. Calcule el valor de la reactancia de magnetización usando

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. 

 Ahora vamos a hacer un cortocircuito en el secundario. Al ser la impedancia del cortocircuito muy baja la corriente que circula por este y el primario es elevada y si se deja por mucho tiempo se puede quemar los dos devanados. Para evitar el daño del transformador se debe energizar el primario a una tensión más baja que la nominal, de tal forma que por el secundario y primario circule la corriente nominal, si se logra esto el transformador no corre riesgo de dañarse y la prueba se puede demorar un poco.

Como se pude ver en la figura siguiente, hay dos corrientes que circulan por el circuito equivalentes, la primera corresponde a una corriente alta que circula por los devanados primario y secundario debida al cortocircuito del secundario; y una pequeña que circula por la rama de magnetización.

Puesto que las pérdidas en el cobre dependen solamente de las corrientes en los devanados y estas con iguales a las nominales, la potencia que se mide en esta prueba es la correspondiente a las pérdidas en el cobre, dicho de otra manera, es la potencia que se pierde en los devanados del transformador.

La otra corriente que vimos anteriormente es la corriente que va por la rama de magnetización. Si se analiza la tensión en bornes del transformador V₂ es cero, por ende, la tensión inducida en el secundario E₂ es pequeña, solo la tensión caída en la impedancia del secundario

Por medio de los siguientes pasos se puede calcular el valor de la impedancia.

1. Tome los valores de tensión V_cc, corriente I_cc y potencia P_cc de la prueba.
2. La magnitud de la impedancia total del transformador donde están incluidas las impedancias del primario y secundario es: 

3.  El ángulo de la impedancia es:

4.  La resistencia total de la prueba es:

5.  La reactancia total de la prueba es: 

6.  Las reactancias del primario y secundario se pueden calcular de la siguiente manera, siempre y cuando no se haya realizado la prueba de corriente continua: 


7. Las resistencias del secundario se pueden calcular de la siguiente manera

En el siguiente link se puede ejecutar la simulación respectiva.