Prueba de circuito abierto

La prueba de circuito abierto , o prueba en vacío , es uno de los métodos utilizados en ingeniería eléctrica para determinar la impedancia en vacío en la rama de excitación de un transformador . El vacío se representa mediante el circuito abierto, que se representa en el lado derecho de la figura como el "hueco" o parte incompleta del circuito.

El secundario del transformador se deja en circuito abierto. Se conecta un vatímetro al primario. Se conecta un amperímetro en serie con el devanado primario. Se puede utilizar un voltímetro, ya que el voltaje aplicado es el mismo que el que indica el voltímetro. El voltaje nominal se aplica al primario. ^[1]

Si el voltaje aplicado es un voltaje normal, se establecerá un flujo normal. Dado que la pérdida de hierro es una función del voltaje aplicado, se producirá una pérdida de hierro normal. Por lo tanto, la pérdida de hierro es máxima en el voltaje nominal. Esta pérdida máxima de hierro se mide utilizando 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 se reduce a través de la rama de excitación. Por lo tanto, el vatímetro mide solo la pérdida de hierro. Esta prueba solo mide las pérdidas de hierro combinadas 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 activando 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 corrientes parásitas varía con la frecuencia al cuadrado. ^[1]

Histéresis y pérdida por corrientes parásitas:

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

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

Como el secundario del transformador está abierto, el primario consume solo corriente sin carga, que tendrá cierta pérdida de cobre. Esta corriente sin carga es muy pequeña y, como 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 ya no se transfiere potencia del primario al secundario y pasa una corriente insignificante por los devanados secundarios. Como no pasa corriente por los devanados secundarios, no se crea ningún campo magnético, lo que significa que se induce corriente cero en el lado primario. Esto es crucial para la aproximación porque nos permite ignorar la impedancia en serie, ya que se supone que no pasa corriente por esta impedancia.

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

Se miden la corriente , el voltaje y la potencia 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 .

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,

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

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

Utilizando 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

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

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 susceptibilidad,

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

o

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

Aquí,

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

${\displaystyle \mathbf {V_{1}} }$es el voltaje nominal aplicado

${\displaystyle \mathbf {I_{0}} }$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 de excitación

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

• Prueba de cortocircuito
• Teorema de Thévenin
• Prueba de rotor bloqueado
• Diagrama circular

• Kosow (2007). Maquinaria eléctrica y transformadores . Pearson Education India.
• Smarajit Ghosh (2004). Fundamentos de ingeniería eléctrica y electrónica . PHI Learning Pvt. Ltd.
• Wildi, Wildi Theodore (2007). Máquinas eléctricas, accionamientos y sistemas de potencia, 6.ª edición . Pearson.
• Grainger. Stevenson (1994). Análisis de sistemas de potencia . McGraw-Hill.