Aunque son máquinas muy eficientes, desde el comienzo del tema venimos hablando de que existen pérdidas de diversos tipos en un transformador. Considerar estas pérdidas supone al mismo tiempo hablar de un rendimiento. En este apartado vamos a tratar de cuantificar esas pérdidas y a espresar el rendimiento de un transformador.
- Pérdidas en el cobre: Los fabricantes de transformadores suelen proporcionar el dato de la potencia activa que tiene el transformador en el ensayo de cortocircuito. A esta potencia se le denomina pérdidas en el cobre a máxima potencia, porque es la consumida por los arrollamientos cuando circula la intensidad nominal.
Conviene recordar que la reactancia no consume energía activa sino reactiva. Si queremos conocer la caída de tensión en el arrollamiento
- Índice de carga: Un transformador puede trabajar a plena carga, es decir, conectado a sus valores nominales; o puede trabajar a un valor inferior. Así pues llamamos índice de carga a la relación entre la intensidad de trabajo y su valor nominal
Si elevamos al cuadrado esta igualdad tendremos:
Y la expresión de las pérdidas en el cobre será:
- Pérdidas en el hierro: Estas pérdidas dependen del flujo magnético y como ya se vio, el flujo solo varía con la tensión y ésta suele ser constante. Quiere esto decir que las pérdidas en el hierro son constantes ya sea en vacío o en carga nominal. La corriente en vacío suele obtenerse del ensayo de vacío, donde se cuantifica la potencia absorbida y la tensión aplicada.
Pues bien, si tenemos en cuenta que de la potencia aplicada al primario (potencia total) una parte se perderá en el hierro y otra en el cobre, el resto será la potencia aplicada en el secundario (potencia útil):
Y así el rendimiento del transformador será:
Existen varias formas de desarrollar esta expresión:
Siendo cos φ el factor de potencia de la carga que puede considerarse igual que en el secundario.
Otra forma es en función del índice de carga:
Mediante cálculo puede demostrarse que el rendimiento tendrá un valor máximo cuando PFe=PCu . Si no se conoce el valor de Rcc puede obtenerse a partir del valor de las pérdidas en el cobre a plena carga:
La intensidad a la que se obtiene el máximo rendimiento la obtenemos:
Conviene observar que esta expresión nos da la intensidad de máximo rendimiento para un factor de potencia determinado.
Por otro lado, mientras que las pérdidas en el hierro son constantes, las pérdidas en el cobre aumentan según lo hace la intensidad.
Ejemplo o ejercicio resuelto
