Transformador en Condiciones de Carga

Campo: Interruptor de potencia

China

Funcionamiento del Transformador bajo Carga

Cuando un transformador está bajo carga, su bobina secundaria se conecta a una carga, que puede ser resistiva, inductiva o capacitiva. Una corriente $I 2$ fluye a través de la bobina secundaria, cuya magnitud está determinada por el voltaje terminal $V 2$ y la impedancia de la carga. El ángulo de fase entre la corriente secundaria y el voltaje depende de las características de la carga.

Explicación del Funcionamiento del Transformador bajo Carga

El comportamiento operativo de un transformador bajo carga se detalla a continuación:

Cuando la bobina secundaria del transformador está en circuito abierto, extrae una corriente sin carga de la alimentación principal. Esta corriente sin carga induce una fuerza electromotriz $N 0 I 0$ , que establece un flujo Φ en el núcleo del transformador. La configuración del circuito del transformador en condiciones sin carga se ilustra en el diagrama a continuación:

Interacción de la Corriente de Carga del Transformador

Cuando una carga se conecta a la bobina secundaria del transformador, la corriente $I 2$ fluye a través de la bobina secundaria, induciendo una fuerza electromotriz (FEM) $N 2 I 2$ . Esta FEM genera un flujo ϕ2 en el núcleo, que se opone al flujo original ϕ según la ley de Lenz.

Diferencia de Fase y Factor de Potencia en el Transformador

La diferencia de fase entre $V1$ y $I1$ define el ángulo del factor de potencia ϕ1 en el lado primario del transformador. El factor de potencia del lado secundario depende del tipo de carga conectada al transformador:

Para una carga inductiva (como se muestra en el diagrama fasorial arriba), el factor de potencia es retrasado.
Para una carga capacitiva, el factor de potencia es adelantado.

La corriente total primaria $I1$ es la suma vectorial de la corriente sin carga $I0$ y la corriente compensadora $I'1$ , es decir,

Diagrama Fasorial del Transformador con Carga Inductiva

El diagrama fasorial de un transformador real bajo carga inductiva se ilustra a continuación:

Pasos para Construir el Diagrama Fasorial

Tome el flujo Φ como referencia.
Las f.e.m. inducidas $E 1$ y $E 2$ se retrasan 90° respecto al flujo.
El componente de voltaje aplicado primario que equilibra $E 1$ se denota como $V' 1$ (es decir, $V'1 = -E1)$ .
La corriente sin carga $I0$ se retrasa 90° respecto a $V' 1$ .
Para una carga con factor de potencia retrasado, la corriente $I 2$ se retrasa $E 2$ por un ángulo ϕ_2.
La resistencia de la bobina y la reactancia de fuga causan caídas de tensión, haciendo que el voltaje terminal secundario sea: $V 2 = E 2 − (caídas de tensión)$

$I 2 R$ ₂ está en fase con $I 2$ .
$I 2 X 2$ es ortogonal a $I 2$ .

La corriente primaria $I 1$ es la suma fasorial de $I' 1$ y $I0$ , donde $I' 1 = -I 2$ .
Voltaje aplicado primario: $V1 = V'1 + (caídas de tensión primarias)$

$I 1 R 1$ está en fase con $I 1$ .
$I 1 X 1$ es ortogonal a $I 1$ .

La diferencia de fase entre $V 1$ y $I 1$ define el ángulo del factor de potencia primario ϕ1.
Factor de potencia secundario:

Retrasado para cargas inductivas (como en el diagrama fasorial).
Adelantado para cargas capacitivas.

Pasos para Dibujar el Diagrama Fasorial para Carga Capacitiva

Tome el flujo &Φ; como referencia.
Las f.e.m. inducidas $E 1$ y $E 2$ se retrasan 90° respecto al flujo.
El componente de voltaje aplicado primario que equilibra $E 1$ se denota como $V' 1$ (es decir, $V' 1 = -E 1$ ).
La corriente sin carga $I 0$ se retrasa 90° respecto a $V' 1$ .
Para una carga con factor de potencia adelantado, la corriente $I 2$ adelanta $E 2$ por un ángulo ϕ_$2$.
La resistencia de la bobina y la reactancia de fuga causan caídas de tensión, haciendo que el voltaje terminal secundario sea: $V 2 = E 2 − (caídas de tensión)$

$I 2 R 2$ está en fase con $I 2$ .
$I 2 X 2$ es ortogonal a $I 2$ .

Corriente compensadora $I' 1 = -I 2$ (igual en magnitud, opuesta en fase a $I 2$ ).
La corriente primaria $I 1$ es la suma fasorial de $I' 1$ y $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Voltaje aplicado primario $V 1$ es la suma fasorial de $V' 1$ y las caídas de tensión primarias: $V 1 = V' 1 +(caídas de tensión primarias)$

$I 1 R 1$ está en fase con $I 1$ .
$I 1 X 1$ es ortogonal a $I 1$ .

Ángulos de factor de potencia:

La diferencia de fase entre $V 1$ y $I 1$ define el ángulo del factor de potencia primario ϕ_$1$.
El factor de potencia secundario (adelantado para cargas capacitivas) depende completamente del tipo de carga conectada.