2.6 REGULACIÓN DE TENSIÓN Y EFICIENCIA

Debido a que un transformador real tiene dentro de él impedancias en serie, el voltaje de salida de un transformador varía con la carga incluso cuando el voltaje de entrada permanece constante. Para comparar convenientemente los transformadores en este aspecto, se acostumbra definir una cantidad llamada regulación de voltaje (RV). La regulación de voltaje a plena carga es una cantidad que compara el voltaje de salida de un transformador sin carga (en vacío) con el voltaje de salida a plena carga. Se define por la ecuación

Debido a que en vacío Vj = Vp/a, la regulación de voltaje también se puede expresar como

Si el circuito equivalente del transformador está en el sistema por unidad, entonces la regulación de voltaje se puede expresar como

Normalmente es deseable tener una regulación de voltaje tan pequeña como sea posible. En el caso de un transformador ideal, RV = 0%. No siempre es una buena idea tener una baja regulación de voltaje ya que, a veces, los transformadores de alta impedancia y alta regulación de voltaje se utilizan deliberadamente para reducir las fallas de corriente en un circuito.

¿Cómo se puede determinar la regulación de voltaje de un transformador?

Diagrama fasorial del transformador

Para determinar la regulación de voltaje de un transformador es necesario entender las caídas de voltaje en su interior. Considérese el circuito equivalente del transformador simplificado de la figura 2-18 b). Se pueden ignorar los efectos de la rama de excitación en la regulación de voltaje del transformador, por lo que se deben considerar sólo las impedancias en serie. La regulación de voltaje de un transformador depende tanto de la magnitud de estas impedancias en serie como del ángulo de fase de la corriente que fluye a través del transformador. La manera más fácil de determinar el efecto de las impedancias y los ángulos de fase reales en la regulación de voltaje del transformador es por medio del examen de un diagrama fasorial, un dibujo de los voltajes y corrientes fasoriales en el transformador.

figura 2-18 b)

En todos los diagramas fasoriales siguientes se supone que el voltaje fasorial Vs está en un angulo de 0° y todos los demás voltajes y corrientes se comparan con esta referencia. Si se aplica la ley de voltaje de Kirchhoff al circuito equivalente de la figura 2-18b), se encuentra que el voltaje primario es

El diagrama fasorial de un transformador es simplemente la representación visual de esta ecuación La figura 2-26 muestra el diagrama fasorial de un transformador que opera con un factor de potencia en retraso. Es fácil ver que Vp/a > Vs para cargas en retraso, por lo que la regulación de voltaje de un transformador con cargas en retraso deberá ser mayor que cero.

FIGURA 2-26 Diagrama fasorial de un transformador que opera con unfactor de potencia en retraso.

En la figura 2-27 a) se muestra un diagrama fasorial con un factor de potencia igual a 1. Una vez más, el voltaje en el secundario es menor que el voltaje en el primario, por lo que RV > 0. Sin embargo, ahora la regulación de voltaje es menor de lo que era con una corriente en retraso. Si la corriente secundaria está en adelanto, el voltaje secundario puede en realidad ser mayor que el referido en el voltaje primario. Si esto sucede, el transformador en realidad tiene una regulación de voltaje negativa (véase la figura 2-27 b).

FIGURA 2-27 Diagrama fasorial de un transformador queopera con un factor de potencia a) unitario y b) en adelanto

Eficiencia del transformador

A los transformadores también se les juzga y compara por su eficiencia. La eficiencia de un aparato se define por la ecuación

Estas ecuaciones se aplican tanto a motores y generadores como a transformadores. Los circuitos equivalentes del transformador facilitan los cálculos de eficiencia. Hay tres tipos de pérdidas en los transformadores

1. Pérdidas en el cobre ( ). Estas pérdidas las causan las resistencias en serie y el circuito equivalente.

2 .Pérdidas por histéresis. Estas pérdidas se explican en el capítulo 1 y las causa el

resistor 3.Pérdidas por corrientes parásitas. Estas pérdidas se explican en el capítulo 1 y las

causa el resistor

Para calcular la eficiencia de un transformador con una carga dada, simplemente adicione las pérdidas de cada resistor y aplique la ecuación (2-67). Ya que la potencia de salida está dada por

La eficiencia del transformador se puede expresar como