Teoría del Transformador en Operación con Carga y sin Carga

Hemos discutido la teoría del transformador ideal para una mejor comprensión de la teoría real del transformador. Ahora pasaremos por los aspectos prácticos uno por uno de un transformador de potencia eléctrica e intentaremos dibujar el diagrama vectorial del transformador en cada paso. Como dijimos, en un transformador ideal, no hay pérdidas en el núcleo, es decir, un núcleo sin pérdidas. Pero en un transformador práctico, hay pérdidas por histeresis y corrientes de Foucault en el núcleo del transformador.

Teoría del Transformador Sin Carga

Sin Resistencia de Bobinado ni Reactancia de Fuga

Consideremos un transformador eléctrico con solo pérdidas en el núcleo, lo que significa que tiene solo pérdidas en el núcleo pero sin pérdida en cobre ni reactancia de fuga. Cuando se aplica una fuente alterna en el primario, la fuente suministrará la corriente para magnetizar el núcleo del transformador.

Pero esta corriente no es la corriente de magnetización real; es un poco mayor que la corriente de magnetización real. La corriente total suministrada desde la fuente tiene dos componentes, uno es la corriente de magnetización que se utiliza únicamente para magnetizar el núcleo, y otro componente de la corriente de la fuente se consume para compensar las pérdidas en el núcleo del transformador.

Debido a este componente de pérdida en el núcleo, la corriente de la fuente en un transformador sin carga suministrada desde la fuente no está exactamente 90° desfasada de la tensión de alimentación, sino que se retrasa un ángulo θ menor que 90o. Si la corriente total suministrada desde la fuente es Io, tendrá un componente en fase con la tensión de alimentación V1 y este componente de la corriente Iw es el componente de pérdida en el núcleo.

Este componente se toma en fase con la tensión de la fuente porque está asociado con las pérdidas activas o de trabajo en el transformador. Otro componente de la corriente de la fuente se denota como Iμ.

Este componente produce el flujo magnético alternante en el núcleo, por lo que es inactivo, es decir, es la parte reactiva de la corriente de la fuente del transformador. Por lo tanto, Iμ estará en cuadratura con V1 y en fase con el flujo alterno Φ. Por lo tanto, la corriente primaria total en un transformador en condición sin carga se puede representar como:

Ahora has visto cuán simple es explicar la teoría del transformador en condición sin carga.

Teoría del Transformador Con Carga

Sin Resistencia de Bobinado ni Reactancia de Fuga

Ahora examinaremos el comportamiento del transformador mencionado anteriormente con carga, lo que significa que la carga está conectada a los terminales secundarios. Consideremos un transformador con pérdida en el núcleo pero sin pérdida en cobre ni reactancia de fuga. Cuando se conecta una carga al bobinado secundario, la corriente de carga comenzará a fluir a través de la carga así como del bobinado secundario.

Esta corriente de carga depende únicamente de las características de la carga y también de la tensión secundaria del transformador. Esta corriente se llama corriente secundaria o corriente de carga, aquí se denota como I2. Como I2 fluye a través del secundario, se producirá un MMF (fuerza electromotriz magnética) autogenerado en el bobinado secundario. Aquí es N2I2, donde, N2 es el número de vueltas del bobinado secundario del transformador.

Este MMF o fuerza electromotriz magnética en el bobinado secundario produce el flujo φ2. Este φ2 se opone al flujo de magnetización principal y debilita momentáneamente el flujo principal, tratando de reducir la autoinducción electromotriz E1. Si E1 cae por debajo de la tensión de la fuente primaria V1, habrá una corriente adicional fluyendo desde la fuente al bobinado primario.

Esta corriente primaria adicional I2′ produce un flujo extra φ′ en el núcleo que neutralizará el flujo secundario contrapuesto φ2. Por lo tanto, el flujo de magnetización principal del núcleo, Φ, permanece inalterado independientemente de la carga. Así, la corriente total que este transformador extrae de la fuente se puede dividir en dos componentes.

El primero se utiliza para magnetizar el núcleo y compensar la pérdida en el núcleo, es decir, Io. Es el componente sin carga de la corriente primaria. El segundo se utiliza para compensar el flujo contrapuesto del bobinado secundario. Se conoce como el componente de carga de la corriente primaria. Por lo tanto, la corriente primaria total sin carga I1 de un transformador de potencia eléctrica sin resistencia de bobinado ni reactancia de fuga se puede representar de la siguiente manera:

Dónde θ2 es el ángulo entre la Tensión Secundaria y la Corriente Secundaria del transformador.
Ahora procederemos un paso más hacia un aspecto más práctico del transformador.

Teoría del Transformador Con Carga, con Bobinado Resistivo, pero sin Reactancia de Fuga

Ahora, consideremos la resistencia del bobinado del transformador, pero sin reactancia de fuga. Hasta ahora hemos discutido el transformador que tiene bobinados ideales, es decir, bobinados sin resistencia ni reactancia de fuga, pero ahora consideraremos un transformador que tiene resistencia interna en el bobinado, pero sin reactancia de fuga. Dado que los bobinados son resistentivos, habrá una caída de tensión en los bobinados.

Hemos demostrado anteriormente que, la corriente primaria total desde la fuente con carga es I1. La caída de tensión en el bobinado primario con resistencia, R