Es posible predecir el rendimiento de un transformador en varias cargas conociendo todos los parámetros de circuito equivalentes. Estos parámetros del circuito se suministran en términos de datos de prueba de Circuito Abierto (OC) y Cortocircuito (SC) de un transformador. Sin cargar realmente el transformador, estas dos pruebas evaluadas dan los resultados de la prueba que se utilizan para determinar los parámetros de circuito equivalentes.
Mediante estos parámetros, podemos predeterminar fácilmente la eficiencia y la regulación del transformador en cualquier condición de factor de potencia, así como en cualquier condición de carga. Este método para encontrar los parámetros de un transformador se denomina método de carga indirecta. Este artículo enumera cómo realizar estas pruebas, cómo se determinan los parámetros equivalentes de los datos de prueba y el lado HV o LV de importancia en el que se realizará el cálculo.
Tabla de contenido
- Prueba de circuito abierto o sin carga en el transformador
- Prueba de cortocircuito en el transformador
- Cálculo de la eficiencia de jefe y SC Tests
- Cálculo de la regulación
Contenido
Circuito abierto o prueba de carga en el transformador
Esta prueba se realiza para averiguar el shunt o no cargar los parámetros de bifurcación del circuito equivalente de un transformador. Esta prueba da como resultado las pérdidas de hierro y los valores de corriente sin carga, por lo que podemos determinar los parámetros de derivación sin carga con cálculos simples.
Como el propio nombre indica, los terminales de carga secundarios del transformador se mantienen abiertos y el voltaje de entrada se aplica en el otro lado. Como esta prueba se realiza sin colocar carga, esta prueba también se denomina prueba sin carga.
La prueba OC se lleva a cabo conectando el lado LV (como primario) del transformador al suministro de CA. a través de instrumentos variac, amperímetro y vatímetro. Los terminales secundarios o de lado HV se dejan abiertos y en algunos casos se conecta un voltímetro a través de él para medir el voltaje secundario.
El voltímetro del lado primario lee la tensión aplicada al transformador, el amperímetro lee la carga cero la corriente, el vatímetro proporciona la potencia de entrada y la variac utilizada para variar el voltaje aplicado al transformador de modo que la tensión nominal se aplique a la frecuencia nominal. La disposición de prueba OC de un transformador se muestra en la figura a continuación.
Cuando se proporciona el suministro de una sola fase al transformador, el valor nominal de la tensión primaria se ajusta variando la variac. A esta tensión nominal, deben tomarse las lecturas de amperímetro y vatímetro. A partir de esta prueba, obtenemos la tensión nominal Vo, entrada o corriente sin carga Io y potencia de entrada Wo.
Como sabemos que cuando el transformador está sin carga, la corriente sin carga o la corriente primaria es muy pequeña, típicamente del 3 al 5 por ciento del valor de corriente nominal. Por lo tanto, la pérdida de cobre en el devanado primario es insignificante. En la prueba OC, el transformador funciona a tensión nominal a la frecuencia nominal, de modo que el máximo será el flujo en el núcleo. Dado que las pérdidas de hierro o núcleo están a la tensión nominal, la entrada de potencia se aprovecha para suministrar las pérdidas de hierro del transformador sin carga.
Wo = pérdidas de hierro
Los parámetros de shunt sin carga se calculan a partir de la prueba OC como
El factor de potencia sin carga, Cos Φo = Wo/VoIo
Una vez que se obtiene el factor de potencia, las corrientes de componente sin carga se determinan como
Componente magnetizante de no corriente de carga, Im = Io sin Φo
Componente de pérdida de núcleo de corriente sin carga, Im = Io cos Φo
Luego, la reactancia de la rama de magnetización, Xo = Vo/Im
Resistencia que representa la pérdida de núcleo, Ro = Vo/Ic
Cuando el transformador está funcionando sin carga, la corriente consumida por el derivador o los parámetros paralelos es muy pequeña, del 2 al 5 por ciento de la corriente nominal. Por lo tanto, una baja corriente fluirá a través del circuito durante la prueba OC. Para poder ser leídos por los instrumentos, las medidas de voltaje, corriente y potencia se deben realizar en el lado de baja tensión.
Y también, se deben seleccionar bobinas de corriente de bajo rango y amperímetro de bajo rango. El factor de potencia del transformador sin carga es demasiado bajo, que típicamente está por debajo de 0,5. Entonces, para trabajar con este valor bajo, se selecciona un medidor de vatios LPF. El circuito equivalente obtenido por la prueba OC se muestra a continuación.
Prueba de cortocircuito en el transformador
Esta prueba se realiza para encontrar series los parámetros de derivación de un circuito equivalente, como la impedancia equivalente (Zo1 o Zo2), la resistencia total del devanado (Ro1 o Ro2) y la reactancia de fuga total (Xo1 o Xo2). Además, es posible determinar las pérdidas de cobre a cualquier carga deseada y la caída total de tensión del transformador referida a primaria o secundaria. En esta prueba, generalmente el devanado LV está cortocircuitado por un cable grueso. Y el otro lado, es decir, el lado HV, se realiza esta prueba.
En esta prueba, el devanado primario o de alto voltaje se conecta a la fuente de suministro de CA a través del voltímetro, el amperímetro, el vatímetro y una variac como se muestra en la figura. Esta prueba también se conoce como prueba de voltaje reducido o prueba de bajo voltaje. Esto se debe a que, como el devanado secundario está cortocircuitado, a la tensión nominal, el transformador consume una corriente muy grande debido a su resistencia al devanado muy pequeña.
Una corriente tan alta puede causar el sobrecalentamiento y también la quema del transformador. Por lo tanto, para limitar la corriente alta, el devanado primario debe energizarse con un voltaje bajo que sea justo lo suficiente para producir la corriente nominal en el primario del transformador.
La prueba SC se realiza en el lado HV debido a la dos razones principales. El primero es que la prueba SC realizada aplicando corriente nominal y la corriente nominal HV es mucho menor que el lado LV. Por lo tanto, la corriente nominal se logra fácilmente en el lado HV (debido al bajo valor de corriente) en comparación con el lado LV.
Por otro lado, si cortocircuitamos los terminales HV conectando el instrumento de medición en LV lado, el voltaje en el secundario es cero. Por lo tanto, el flujo de corriente a través del lado HV es muy alto (ya que la clasificación VA es constante) en comparación con el lado LV y por lo tanto hará que se queme el transformador.
Durante esta prueba, variando la variac lentamente, aplicamos un voltaje bajo al primario típicamente del 5 al 10 por ciento del voltaje nominal para hacer que fluya una corriente nominal tanto en los devanados primarios como secundarios que podemos observar en la lectura del amperímetro (en algunos casos el secundario se cortocircuita a través de un amperímetro). A esta corriente nominal, debemos registrar las lecturas del voltímetro (Vsc), amperímetro (Isc) y vatímetro (Wsc).
En esta prueba, el flujo de corriente es el valor nominal y, por lo tanto, no hay corriente de carga muy pequeño y es 3 a 5% por ciento de la corriente nominal. En otras palabras, la tensión aplicada al devanado primario es muy baja, por lo que el nivel de flujo en el núcleo es muy pequeño. A su vez, hay una pérdida de núcleo insignificante. Por lo tanto, la derivación de derivación sin carga se considera ausente en el circuito equivalente de esta prueba ya que la pérdida del núcleo es insignificante.
Como las pérdidas de hierro o núcleo son función del voltaje, estas pérdidas son muy pequeñas. Por lo tanto, la lectura del vatímetro muestra la pérdida de potencia o la pérdida I2 R igual a las pérdidas de cobre a plena carga de todo el transformador.
Wsc = Pérdidas de cobre a plena carga
Forma los resultados de la prueba determinamos los parámetros de bifurcación en serie de un circuito equivalente como
Resistencia equivalente referida al lado HV, R01 = Wsc/Isc2
Impedancia equivalente referida al lado HV, Z01 = Vsc/Isc
Reactancia de fuga equivalente referida a HV lado, X01 = √ (Z201-R201)
Y también factor de potencia de cortocircuito, Cos Φsc = Wsc/VscIsc
El circuito equivalente obtenido a partir de esta prueba se muestra a continuación.
Cabe señalar que, antes del cálculo de los parámetros, se debe tener en cuenta en qué lado (primario o secundario) se registra la lectura de la prueba. Supongamos que si el transformador es transformador elevador, entonces llevamos a cabo la prueba SC en el lado secundario (lado HV) mientras que el lado primario o de baja tensión está cortocircuitado.
En tal caso, obtenemos los parámetros referidos al secundario de cálculos tales como R02, X02 y Z02. Si se trata de un transformador reductor, obtenemos los valores de los parámetros como R01, X01 y Z01 porque los medidores están conectados al lado HV del primario.
De la prueba OC que obtenemos, parámetros de derivación de derivación referido al lado LV y de la prueba SC, obtenemos los parámetros de derivación de serie referidos al lado HV. Por lo tanto, para un circuito equivalente significativo, todos los parámetros deben referirse a un lado en particular. La explicación sobre esta transformación se explica en un circuito equivalente al tema del transformador en nuestros artículos anteriores.
Cálculo de eficiencia de jefe y S.C. Pruebas
Como hemos visto, el transformador práctico tiene dos tipos de pérdidas principales, a saber, las pérdidas de cobre y núcleo. La temperatura del transformador aumenta debido a estas pérdidas que se disipan en forma de calor. Debido a estas pérdidas, la potencia de entrada extraída por el primario ya no es igual a la salida entregada en el secundario. Por lo tanto, la eficiencia del transformador se da como
Eficiencia, η = Potencia de salida en KW/Potencia de entrada en KW
= Salida de potencia en KW/(Potencia de salida en KW + Pérdidas)
= Potencia de salida en KW/(Potencia de salida en KW + Pérdida de cobre + pérdida del núcleo)
Hemos discutido eso, la pérdida de núcleo Pcore permanece constante desde la carga hasta la carga completa, ya que el flujo en el núcleo permanece constante. Y las pérdidas de cobre dependen del cuadrado de la corriente. Como la corriente de bobinado varía de cero a plena carga, las pérdidas de cobre también varían.
Considere que la clasificación KVA del transformador es S, una fracción de la carga es x y el factor de potencia del la carga es Cos Φ. Entonces
La potencia de salida en KW = xSCos Φ </p>
Supongamos que la pérdida de cobre a plena carga es Pcu (ya que x = 1),
Luego, pérdida de cobre en x por unidad carga = x2Pcu
Por lo tanto, la eficiencia del transformador es
Eficiencia, η = xSCos Φ/(xS Cos Φ + x2 Pxcu + Pxcore)
En la ecuación de eficiencia anterior, las pruebas de OC y SC detectan las pérdidas de núcleo o de hierro y la carga completa de cobre.
Cálculo de la regulación
Para una tensión fija en el primario, la tensión del terminal secundario no se mantendrá constante desde la ausencia de carga hasta la carga completa. Esto se debe a la caída de voltaje a través de la impedancia de fuga, cuya magnitud depende tanto del grado de carga como del factor de potencia.
Por lo tanto, la regulación da un cambio en el voltaje secundario de cero a plena carga a un factor de potencia dado. Se define como el cambio en la tensión secundaria cuando el transformador está funcionando a plena carga del factor de potencia especificado suministrado a una tensión nominal sin carga, con la tensión primaria mantenida constante.
Porcentaje de regulación de voltaje,% R = ((E2-V2)/V2) × 100
La expresión de regulación de voltaje en términos de caída de voltaje se da como
% R = ((I1R01 cos Φ +/-I1X01 sin Φ)/V1) × 100
O
% R = ((I2R02 cos Φ +/-I2X02 sin Φ)/V2) × 100
Lo anterior dos ecuaciones se utilizan en base a los parámetros se refieren a los lados primarios o secundarios. Por lo tanto, a partir de los datos de la prueba SC, podemos averiguar la regulación de un transformador. El signo positivo se utiliza para el factor de potencia rezagado y el signo negativo se usa para el factor de potencia principal.