Prueba de circuito abierto

Prueba utilizada en ingeniería eléctrica.

Diagrama de circuito para prueba de circuito abierto.

La prueba de circuito abierto , o prueba sin carga , es uno de los métodos utilizados en ingeniería eléctrica para determinar la impedancia sin carga en la rama de excitación de un transformador . La falta de carga está representada por el circuito abierto, que se representa en el lado derecho de la figura como el "agujero" o parte incompleta del circuito.

Método

El secundario del transformador se deja en circuito abierto. Un vatímetro está conectado al primario. Un amperímetro está conectado en serie con el devanado primario. Un voltímetro es opcional ya que el voltaje aplicado es el mismo que la lectura del voltímetro. La tensión nominal se aplica en el primario. ^[1]

Si el voltaje aplicado es un voltaje normal, entonces se establecerá un flujo normal. Dado que la pérdida de hierro es función del voltaje aplicado, se producirá una pérdida de hierro normal. Por tanto, la pérdida de hierro es máxima a la tensión nominal. Esta pérdida máxima de hierro se mide con el vatímetro. Dado que la impedancia del devanado en serie del transformador es muy pequeña en comparación con la de la rama de excitación, todo el voltaje de entrada cae a través de la rama de excitación. Por tanto, el vatímetro mide sólo la pérdida de hierro. Esta prueba solo mide las pérdidas combinadas del hierro que consisten en la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes parásitas . Aunque la pérdida por histéresis es menor que la pérdida por corrientes parásitas, no es despreciable. Las dos pérdidas se pueden separar accionando el transformador desde una fuente de frecuencia variable, ya que la pérdida por histéresis varía linealmente con la frecuencia de suministro y la pérdida por corriente parásita varía con la frecuencia al cuadrado. ^[1]

Histéresis y pérdida por corrientes parásitas:

${\displaystyle P_{h}=K_{h}B_{max}^{n}f}$

${\displaystyle P_{e}=K_{e}B_{max}^{2}f^{2}}$

Dado que el secundario del transformador está abierto, el primario solo consume corriente sin carga, lo que provocará algunas pérdidas en el cobre. Esta corriente sin carga es muy pequeña y debido a que la pérdida de cobre en el primario es proporcional al cuadrado de esta corriente, es insignificante. No hay pérdida de cobre en el secundario porque no hay corriente secundaria. ^[1]

El lado secundario del transformador se deja abierto, por lo que no hay carga en el lado secundario. Por lo tanto, en esta aproximación la potencia ya no se transfiere del primario al secundario y una corriente insignificante pasa por los devanados secundarios. Dado que no pasa corriente a través de los devanados secundarios, no se crea ningún campo magnético, lo que significa que no se induce corriente en el lado primario. Esto es crucial para la aproximación porque nos permite ignorar la impedancia en serie ya que se supone que ninguna corriente pasa a través de esta impedancia.

El componente de derivación paralelo en el diagrama de circuito equivalente se utiliza para representar las pérdidas del núcleo. Estas pérdidas del núcleo provienen del cambio en la dirección del flujo y de las corrientes parásitas. Las pérdidas por corrientes parásitas son causadas por corrientes inducidas en el hierro debido al flujo alterno. A diferencia del componente en derivación en paralelo, el componente en serie en el diagrama de circuito representa las pérdidas del devanado debidas a la resistencia de los devanados de la bobina del transformador.

La corriente , el voltaje y la potencia se miden en el devanado primario para determinar la admitancia y el ángulo del factor de potencia .

Otro método para determinar la impedancia en serie de un transformador real es la prueba de cortocircuito .

Cálculos

La corriente es muy pequeña. ${\displaystyle \mathbf {I_{0}} }$

Si es la lectura del vatímetro entonces, ${\displaystyle \mathbf {W} }$

${\displaystyle \mathbf {W} =\mathbf {V_{1}} \mathbf {I_{0}} \cos \phi _{0}}$

Esa ecuación se puede reescribir como,

${\displaystyle \cos \phi _{0}={\frac {\mathbf {W} }{\mathbf {V_{1}} \mathbf {I_{0}} }}}$

De este modo,

${\displaystyle \mathbf {I_{m}} =\mathbf {I_{0}} \sin \phi _{0}}$

${\displaystyle \mathbf {I_{w}} =\mathbf {I_{0}} \cos \phi _{0}}$

Impedancia

Usando las ecuaciones anteriores, y se puede calcular como, ${\displaystyle \mathbf {X_{0}} }$ ${\displaystyle \mathbf {R_{0}} }$

${\displaystyle \mathbf {X_{0}} ={\frac {\mathbf {I_{m}} \mathbf {V_{1}} }{\mathbf {I_{0}} ^{2}}}}$

${\displaystyle \mathbf {R_{0}} ={\frac {\mathbf {I_{w}} \mathbf {V_{1}} }{\mathbf {I_{0}} ^{2}}}}$

De este modo,

${\displaystyle \mathbf {Z_{0}} ={\sqrt {\mathbf {R_{0}} ^{2}+\mathbf {X_{0}} ^{2}}}}$

o

${\displaystyle \mathbf {Z_{0}} =\mathbf {R_{0}} +\mathbf {j} \mathbf {X_{0}} }$

Entrada

La admitancia es la inversa de la impedancia. Por lo tanto,

${\displaystyle \mathbf {Y_{0}} ={\frac {1}{\mathbf {Z_{0}} }}}$

La conductancia se puede calcular como, ${\displaystyle \mathbf {G_{0}} }$

${\displaystyle \mathbf {G_{0}} ={\frac {\mathbf {W} }{\mathbf {V_{1}} ^{2}}}}$

De ahí la susceptancia,

${\displaystyle \mathbf {B_{0}} ={\sqrt {\mathbf {Y_{0}} ^{2}-\mathbf {G_{0}} ^{2}}}}$

o

${\displaystyle \mathbf {Y_{0}} =\mathbf {G_{0}} +\mathbf {j} \mathbf {B_{0}} }$

Aquí,

${\displaystyle \mathbf {W} }$es la lectura del vatímetro

${\displaystyle \mathbf {V_{1}} }$es la tensión nominal aplicada

${\displaystyle \mathbf {I_{0}} }$es la corriente sin carga

${\displaystyle \mathbf {I_{m}} }$es el componente magnetizante de la corriente sin carga

${\displaystyle \mathbf {I_{w}} }$es el componente de pérdida central de la corriente sin carga

${\displaystyle \mathbf {Z_{0}} }$es la impedancia excitante

${\displaystyle \mathbf {Y_{0}} }$es la emocionante admisión

Ver también

• Prueba de cortocircuito
• El teorema de Thévenin
• Prueba de rotor bloqueado
• Diagrama circular

Referencias

1. Eléctrico4U. "Prueba de circuito abierto y cortocircuito de transformador | Electrical4u". electric4u.com/ . Consultado el 1 de marzo de 2020 .{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)

• Kosovo (2007). Maquinaria Eléctrica y Transformadores . Educación Pearson India.
• Smarajit Ghosh (2004). Fundamentos de Ingeniería Eléctrica y Electrónica . PHI Aprendizaje Pvt. Limitado. Limitado.
• Wildi, Wildi Theodore (2007). Máquinas eléctricas, accionamientos y sistemas de potencia, 6.ª edición . Pearson.
• Grainger. Stevenson (1994). Análisis del sistema de energía . McGraw-Hill.