En este tutorial, explicaremos qué son las pruebas de circuito abierto y cortocircuito en el contexto de los transformadores, cómo realizar pruebas de circuito abierto y cortocircuito en transformadores, calcularemos la eficiencia de estas pruebas de circuito abierto y cortocircuito y comprenderemos la regulación. Aprende a calcular. .
Tabla de contenido
introducción
Conocer todos los parámetros del circuito equivalente nos permite predecir el desempeño del transformador en diferentes niveles de carga. Estos parámetros del circuito se proporcionan como datos de prueba de circuito abierto (OC) y cortocircuito (SC) del transformador. Sin cargar realmente el transformador, estas dos pruebas de evaluación proporcionan resultados de prueba que se utilizan para determinar los parámetros del circuito equivalente.
Estos parámetros le permiten predeterminar fácilmente la eficiencia y regulación del transformador bajo cualquier factor de potencia y condiciones de carga. Este método para encontrar los parámetros del transformador se llama método de carga indirecta.
Este tutorial enumera cómo realizar estas pruebas, determinar los parámetros equivalentes a partir de los datos de la prueba y la importancia del lado HV o LV en el que se realizan los cálculos.
Circuito abierto del transformador o prueba sin carga
Esta prueba se realiza para encontrar los parámetros de derivación en derivación o sin carga del circuito equivalente del transformador. Esta prueba proporciona valores de pérdida de hierro y corriente sin carga, por lo que los parámetros de la rama sin carga se pueden determinar con cálculos simples.
Como sugiere el propio nombre, el terminal de carga secundario del transformador permanece abierto y el voltaje de entrada se aplica al primario. Esta prueba se realiza sin aplicar ninguna carga, por lo que también se denomina prueba sin carga.
¿Cómo realizo una prueba de circuito abierto?
La prueba de circuito abierto (OC) se realiza conectando el lado BT del transformador (como primario) a la fuente de alimentación de CA a través de los instrumentos variac, amperímetro, voltímetro y vatímetro. Los terminales del lado secundario o HV se pueden dejar abiertos y un voltímetro conectado a través de ellos para medir el voltaje secundario.
El voltímetro primario lee el voltaje aplicado al transformador, el amperímetro lee la corriente sin carga y el vatímetro indica la potencia de entrada y mide el voltaje aplicado al transformador para que el voltaje nominal se aplique a la frecuencia nominal. cambiar. La configuración de prueba de OC del transformador se muestra en la siguiente figura.
Cuando un transformador se alimenta con energía monofásica, el valor nominal de la tensión primaria se ajusta variando la variac. A esta tensión nominal, se toman lecturas de amperímetro y vatímetro. De esta prueba se obtiene la tensión nominal V.○corriente de entrada o corriente sin carga I○ y potencia de entrada W○.
Cuando el transformador está descargado, la corriente sin carga o la corriente primaria es muy pequeña, típicamente del 3 al 5% del valor de la corriente nominal. Por lo tanto, se pueden ignorar las pérdidas de cobre en el devanado primario.
En las pruebas de OC, el transformador funciona a la tensión y frecuencia nominales, por lo que la pérdida máxima se produce en el flujo magnético en el núcleo. Las pérdidas del hierro o del núcleo están a la tensión nominal, por lo que cuando no hay carga, la potencia de entrada es consumida por el transformador y se suministran las pérdidas del hierro.
W.○ = pérdida de hierro
Los parámetros de derivación sin carga se calculan a partir de la prueba OC de la siguiente manera:
Factor de potencia en vacío Cos Φ○ = W○/V○I○
Una vez obtenido el factor de potencia, la corriente en el componente descargado se determina como:
Componente de excitación de la corriente sin carga, Imetros = yo○ pecado Φ○
Componente de pérdida de hierro de la corriente sin carga Imetros = yo○ cosΦ○
A continuación, la reactancia de la rama de excitación X○=v○ / Imetros
Resistencia que representa la pérdida de hierro, R○ =v○ / I○
Cuando el transformador funciona sin carga, la corriente consumida por la derivación o los parámetros paralelos es muy pequeña, alrededor del 2-5% de la corriente nominal. Por lo tanto, fluye una corriente baja a través del circuito durante la prueba de OC. Las mediciones de voltaje, corriente y potencia deben realizarse en el lado de bajo voltaje para que sean legibles por el instrumento.
También es necesario seleccionar una bobina de corriente de rango bajo y un amperímetro de rango bajo. El factor de potencia del transformador sin carga es demasiado bajo. Normalmente es inferior a 0,5. Por ello, para trabajar con este valor tan bajo se opta por un medidor de potencia LPF. A continuación se muestra el circuito equivalente obtenido de la prueba de OC.
Prueba de cortocircuito del transformador
Esta prueba se realiza para encontrar los parámetros de rama en serie del circuito equivalente, como la impedancia equivalente (Z).o1 o Zo2), resistencia total del devanado (Ro1 o Ro2) y reactancia de fuga total (Xo1 o ×o2). También es posible determinar las pérdidas del cobre en cualquier carga y la caída de tensión total en el transformador, denominada primaria o secundaria. Para esta prueba, el devanado de baja tensión normalmente se pone en cortocircuito con un cable grueso. Luego, la prueba se realiza en el otro lado, el lado HV (como primario).
¿Cómo realizo una prueba de cortocircuito?
En una prueba de cortocircuito (SC), el devanado primario o HV se conecta a la fuente de alimentación de CA a través de un voltímetro, amperímetro, vatímetro y variac como se muestra en la figura. Esta prueba también se llama prueba de voltaje reducido o prueba de bajo voltaje. Si el devanado secundario está en cortocircuito, a la tensión nominal, el transformador consumirá una corriente muy grande porque la resistencia del devanado es muy pequeña.
Corrientes tan elevadas pueden provocar que el transformador se sobrecaliente y se queme. Por lo tanto, para limitar corrientes grandes, el devanado primario debe energizarse con un voltaje lo suficientemente bajo como para producir la corriente nominal en el primario del transformador.
Hay dos razones principales por las que las pruebas SC se realizan en el lado HV. Primero, la prueba SC se realiza aplicando una corriente nominal, pero la corriente nominal en el lado HV es mucho menor que la corriente nominal en el lado LV. Por lo tanto, es más fácil alcanzar la corriente nominal en el lado de AT (porque el valor actual es menor) que en el lado de BT.
Por otro lado, si conecta un dispositivo de medición al lado de BT y cortocircuita los terminales de AT, el voltaje en el lado secundario será cero. Por lo tanto, la corriente que fluye en el lado de alta tensión es mucho mayor que en el lado de baja tensión (porque la clasificación de VA es constante) y puede provocar que el transformador se queme.
Durante esta prueba, al variar lentamente el variador, se aplica un voltaje bajo, generalmente del 5 al 10 % del voltaje nominal, al devanado primario, y la corriente nominal fluye a través de los devanados primario y secundario. Esto se puede observar en la lectura del amperímetro (en algunos casos). En algunos casos, el secundario está en cortocircuito a través del amperímetro). A esta corriente nominal, el voltímetro (VCarolina del Sur), amperímetro (yoCarolina del Sur) y vatímetro (WCarolina del Sur) Cómo leer.
En esta prueba, la corriente que fluye es el valor nominal, por lo que la corriente sin carga es muy pequeña, del 3 al 5 % de la corriente nominal. En otras palabras, el voltaje aplicado al devanado primario es muy bajo, por lo que el nivel de flujo magnético en el núcleo es muy pequeño. Además, la pérdida del núcleo es insignificante. Por lo tanto, se considera que la rama en derivación sin carga no está presente en el circuito equivalente para esta prueba ya que las pérdidas en el núcleo son insignificantes.
Dado que las pérdidas del hierro o del núcleo son función del voltaje, estas pérdidas son muy pequeñas. Por lo tanto, la lectura del vatímetro indica la pérdida de potencia o I.2 Las pérdidas R son iguales a las pérdidas de cobre a plena carga en todo el transformador.
W.Carolina del Sur = Pérdida de cobre a plena carga
A partir de los resultados de la prueba, determine los parámetros del ramal en serie del circuito equivalente de la siguiente manera:
Resistencia equivalente basada en el lado HV, R01 = WCarolina del Sur/ ICarolina del Sur2
Impedancia equivalente con referencia al lado AT, Z01 = VCarolina del Sur / ICarolina del Sur
Reactancia de fuga equivalente con referencia al lado AT, X01 = √ (Z201-R201)
Además, el factor de potencia de cortocircuito, Cos ΦCarolina del Sur = WCarolina del Sur/VCarolina del SurICarolina del Sur
El circuito equivalente obtenido de esta prueba se muestra a continuación.
Tenga en cuenta que antes de calcular los parámetros, debe saber en qué lado (primario o secundario) se registran las lecturas de la prueba. Si el transformador es un transformador elevador, desea realizar la prueba SC en el lado secundario (lado HV) con el lado primario o de bajo voltaje en cortocircuito. En tal caso, obtendrá los parámetros secundarios referenciados de los cálculos como R02, X02, Z02, etc.
Para los transformadores reductores, los medidores se conectan al lado de alta tensión del primario, por lo que los valores de los parámetros se toman como R01, X01, Z01.
La prueba OC produce los parámetros de la rama en derivación con respecto al lado LV, y la prueba SC produce los parámetros de la rama en serie con respecto al lado HV. Por lo tanto, para obtener un circuito equivalente significativo, todos los parámetros deben referirse a un lado específico. En el artículo anterior, Circuitos equivalentes en el tema Transformadores, se proporciona una explicación de esta conversión.
Cálculos de eficiencia a partir de pruebas OC y SC.
Como hemos visto, existen dos tipos principales de pérdidas en los transformadores reales: pérdidas en el cobre y pérdidas en el hierro. A medida que estas pérdidas se disipan en forma de calor, la temperatura del transformador aumenta. Estas pérdidas hacen que la potencia de entrada entregada en el lado primario sea diferente a la potencia de salida entregada en el lado secundario. Por tanto, la eficiencia del transformador viene dada por:
Eficiencia, η = Potencia de salida (KW) / Potencia de entrada (KW)
= Salida (KW)/ (Salida (KW) + Pérdida)
= Salida (KW)/ (Salida (KW) + Pérdida de cobre + Pérdida de hierro)
Discutimos cómo la pérdida del núcleo Pcore permanece constante desde sin carga hasta carga completa porque el flujo magnético en el núcleo permanece constante. Y la pérdida del cobre depende del cuadrado de la corriente. A medida que la corriente del devanado cambia de sin carga a carga plena, las pérdidas en el cobre también cambian.
Sea S la clasificación de KVA del transformador, x sea la parte de la carga y sea Cos Φ el factor de potencia de la carga.después
Potencia de salida (KW = xSCosΦ)
Suponga que la pérdida de cobre a plena carga es P.q (ya que x = 1),
Entonces pérdida de cobre por unidad de carga x = x2PAGq
Por tanto, la eficiencia del transformador es:
Eficiencia, η = xSCos Φ / (xS CosΦ+x2 píxelq +píxelcentro)
En la ecuación de eficiencia anterior, la pérdida del núcleo o del hierro y la pérdida de cobre a plena carga se determinan mediante pruebas de OC y SC.
Cálculo de regulación
Si el voltaje en el lado primario es fijo, el voltaje en los terminales secundarios no permanecerá constante desde sin carga hasta 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 cambia el voltaje secundario de sin carga a carga completa con un cierto factor de potencia. Se define como el cambio en el voltaje secundario cuando el voltaje primario se mantiene constante, el voltaje nominal se suministra sin carga y el transformador funciona a plena carga con un factor de potencia específico.
Porcentaje de regulación de voltaje, %R = ((E2 –V2)/V2 )×100
La expresión de la regulación de voltaje en términos de caída de voltaje es la siguiente:
%R = ((yo1R01 cosΦ+/-I1X01 sen Φ) / V1)×100
o
%R = ((yo2R02 cosΦ+/-I2X02 sen Φ) / V2)×100
Las dos ecuaciones anteriores se utilizan en función de un parámetro llamado primario o secundario. Por lo tanto, la regulación del transformador se puede conocer a partir de los datos de prueba SC. Se utiliza un signo positivo para el factor de potencia en atraso y un signo negativo para el factor de potencia en adelanto.
conclusión
Una guía para principiantes sobre pruebas de circuito abierto y cortocircuito de transformadores. Aprendiste a realizar pruebas de circuito abierto y cortocircuito en transformadores, calcular parámetros de circuito equivalente y calcular porcentajes de eficiencia y regulación.