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Seguridad en su energía
Número 13, Mar. 2015
Prueba de pérdidas en vacío y corriente de excitación
La corriente de excitación y las pérdidas sin carga están en función de la
frecuencia, el voltaje y la forma de onda del voltaje aplicado. Las mediciones
a la hora de la prueba son particularmente sensibles a la forma de onda del
voltaje aplicado, de tal forma que si la forma de onda no es senoidal las
mediciones variarán ampliamente. Por esta razón, una onda senoidal ha sido
establecida como referencia normalizada para estas pruebas. En la práctica,
una onda senoidal es difícil de obtener, consecuentemente. Las mediciones
deben ser corregidas a la base de una onda senoidal.
La corriente de excitación y las perdidas sin carga son determinadas del
diagrama de conexiones mostrado en la Figura 1, el cual es para un
transformador monofásico. Un diagrama de conexiones trifásico con medición
y fuente trifásica deben ser usados para un transformador trifásico. La prueba
es realizada aplicando el voltaje nominal a las terminales del devanado
primario del transformador con las terminales del devanado secundario sin
carga.
Corriente de excitación.
Esta prueba es uno de los medios usados para verificar que el diseño del
núcleo y su comportamiento son satisfactorios. La corriente de excitación
puede ser leída directamente del ampérmetro en la Figura 1. La corriente de
excitación consiste de una componente magnetizante y una componente de
pérdidas. La magnitud de la componente magnetizante es determinada por
la forma de la curva de comportamiento del acero al silicio, la densidad del
flujo magnético y el número de vueltas en el devanado primario.
La componente de pérdidas es determinada por las pérdidas en el núcleo.
Los transformadores son usualmente diseñados para operar a densidades de
flujo magnéticas cercanas a los valores de saturación o a la llamada rodilla de
la curva de comportamiento magnético del acero al silicio. Esto permite usar
núcleos económicos y aún permiten que el transformador pueda ser operado
de acuerdo con las normas, las cuales requieren que:
1. El transformador sea capaz de ser operado a un 5% arriba del voltaje
nominal a plena carga, sin exceder el rango de incremento de temperatura.
Esto es aplicable cuando el factor de potencia de la carga es 80% o más grande.
2. El transformador sea capaz, sin exceder su rango de incremento de
temperatura, de operar a un 10% arriba del voltaje sin carga en las terminales
del secundario.
En la Figura 2, la corriente de excitación es mostrada como una función del
voltaje en las terminales para un transformador típico. Se puede observar
que si el voltaje es incrementado arriba de su valor nominal, la corriente de
excitación se incrementa muy rápidamente. Este rápido incremento en la
corriente es una indicación de que el núcleo se esta aproximando al nivel de
saturación. De forma que es importante que el transformador sea operado
dentro de los límites indicados arriba.
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Perdidas sin carga.
Las pérdidas sin carga ó pérdidas de excitación realmente consisten de las
pérdidas del acero del núcleo, de las pérdidas dieléctricas en el aislamiento y de
las pérdidas debidas a la circulación de la corriente de excitación. Normalmente
las pérdidas dieléctricas en los devanados son despreciables cuando son
comparadas con las pérdidas del acero del núcleo.
Las pérdidas sin carga, como su nombre lo dice, son esas pérdidas generadas
en el transformador cuando el secundario se encuentra sin carga, y pueden ser
leídas directamente del wáttmetro en la Figura 1. Esta prueba es otro medio de
verificar tanto el diseño como el comportamiento del núcleo del transformador.
La prueba de pérdidas sin carga ha llegado a ser muy importante para el usuario,
particularmente en años recientes, debido al alto costo de la energía eléctrica,
ya que el costo de las pérdidas en el núcleo se encuentran siempre presentes,
aún cuando no exista carga alguna en el secundario del transformador.
Las pérdidas sin carga pueden ser controladas en algún grado por la calidad del
acero al silicio a usar, por el nivel de inducción al cual va a operar el
transformador y por el tipo de núcleo a utilizar.
Generalmente un diseño con menores pérdidas en el núcleo costará más
inicialmente, sin embargo a largo plazo se ahorrará energía y costos de operación.
FIG . 1 .- C O N E X IO N E S P A R A LA P R U E B A DE P E R D ID A S E N VA CIO
Y C O R R IEN TE D E E X C IT A C IO N
FUENTE DE
V O L T A JE
M O N O F A S IC O
P R IM A R IO
W
S E C U N D A R IO
V
A
A
AM PERM ETRO
V
VO LM ETRO
W
W ATTM ETRO
F IG . 2 .- C O R R IE N TE D E E X CITA C IO N C O N TR A V O LT A JE E N TE R M IN A LE S
11 2
11 0
1 08
1 06
1 04
1 02
% V O L T A JE
1 00
98
96
LA F O R M A D E E S T A C U R V A V A R IA
D E P E N D IE N D O D E L T IP O D E A C E R O
A L S ILIC IO Y D E L D IS E Ñ O D E L
TR AN SFO R M A D O R
94
92
90
20 4 0
60
80
100 120 140 160 18 0 20 0 220 240 260 380 3 00 3 20 3 40
% C O R R IE N T E D E E X C IT A C IO N
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