26.2 : Circuitos equivalentes para transformadores prácticos

Los circuitos equivalentes prácticos de los transformadores monofásicos de dos devanados presentan desviaciones significativas con respecto a sus versiones idealizadas debido a las propiedades inherentes de la resistencia del devanado y la permeabilidad finita del núcleo. Estas propiedades dan lugar a pérdidas de potencia real y reactiva, que afectan al rendimiento del transformador. Comprender estas desviaciones es fundamental para diseñar transformadores más eficientes.

En un transformador práctico, cada devanado presenta resistencia y reactancia de fuga. La resistencia del devanado contribuye a las pérdidas resistivas, que se manifiestan en forma de calor, mientras que la reactancia de fuga, asociada con el flujo de fuga, provoca una caída de voltaje y da como resultado una pérdida de potencia reactiva. Estos elementos se modelan en serie, con cada devanado en el circuito equivalente del transformador, lo que proporciona una representación más precisa del comportamiento del transformador en condiciones de carga.

La permeabilidad finita del núcleo del transformador implica que se requiere una fuerza magnetomotriz (FMM) distinta de cero, como se describe en la ley de Ohm para circuitos magnéticos. Este requisito da como resultado una corriente magnetizante, que es esencial para establecer el flujo magnético en el núcleo. Cuando se considera el voltaje inducido a través del devanado primario, la corriente magnetizante se retrasa 90 grados con respecto al voltaje inducido. Esta relación se representa mediante un inductor en derivación en el circuito equivalente, que modela con precisión el componente de potencia reactiva debido a la magnetización del núcleo.

Las pérdidas en el núcleo, debidas principalmente a la histéresis y a las corrientes parásitas dentro del material del núcleo, se representan mediante una resistencia en derivación en el circuito equivalente. Esta resistencia modela la corriente de pérdida en el núcleo, que está en fase con el voltaje inducido. Cuando la corriente del devanado secundario es cero, la corriente primaria consta de dos componentes: la corriente de magnetización y la corriente de pérdida en el núcleo. Estos componentes son responsables de las pérdidas de potencia reactiva y real, respectivamente.

Para reducir estas pérdidas, se suele utilizar acero de aleación de alta calidad como material del núcleo. Este material tiene propiedades magnéticas superiores, lo que reduce las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas, mejorando así la eficiencia del transformador.

Se pueden construir tres circuitos alternativos equivalentes primarios para un transformador práctico:

1. Cuando la resistencia y la reactancia de fuga se refieren al devanado primario.
2. Cuando se descuida la corriente de excitación (la suma de las corrientes de magnetización y de pérdida del núcleo) para simplificar.
3. Cuando se ignoran las resistencias del devanado, centrándose únicamente en los componentes reactivos.

Cada uno de estos circuitos equivalentes proporciona información sobre diferentes aspectos del rendimiento del transformador y simplifica el análisis para aplicaciones específicas. Al comprender y modelar estas características no ideales, los ingenieros pueden diseñar transformadores que satisfagan mejor las demandas de varios sistemas eléctricos.