El rendimiento de un transformador es variable y depende varios factores: - Del valor de la potencia suministrada - De la forma del transformador y - De la calidad de los materiales con los que fue construido (núcleo y bobinados). El rendimiento se expresa en porcentaje.
El rendimiento de un transformador, como el de cualquier otra máquina, viene dado por la relación entre las potencias útil y absorbida.
En el caso de un transformador la definición anterior se traduce en la siguiente expresión:
Donde: Pa = Potencia suministrada por el transformador (en kV)
Pp = Pérdidas totales en carga (suma de los valores de pérdidas en el hierro y en el cobre, en kV.)
Las pérdidas se obtienen mediante los ensayos de cortocircuito y de vacio.
Las pérdidas y la corriente de vacío se medirán en uno de los dos arrollamientos, a la frecuencia asignada y a una tensión igual a la del arrollamiento, ó a la correspondiente tensión de toma si el arrollamiento dispone de tomas. Los otros arrollamientos se dejarán en circuito abierto, y si existe un arrollamiento con triángulo abierto se cerrará éste.
Alimentando el transformador por el arrollamiento correspondiente, se tomarán lecturas del voltímetro y amperímetro. Debido a la influencia de la forma de onda de tensión, para la medida de pérdidas se utilizan dos voltímetros, uno de valor medio y otro de valor eficaz, lo que nos permitirá corregir el valor leído en el watímetro, para referir las pérdidas a una onda senoidal ideal. El ajuste de la tensión se realiza por el voltímetro de valor medio.
Como puede observarse, la variación del rendimiento es función exclusivamente de la suma de las pérdidas producidas en el hierro y en los arrollamientos. La característica diferencial entre ambas clases de pérdidas es que, mientras las del hierro permanecen constantes para un mismo transformador, las de los arrollamientos son función de la carga, y por tanto dependen de la intensidad que circula en cada momento. Podemos decir entonces, que el rendimiento es función de la relación entre la intensidad a una determinada carga y la intensidad a plena carga.
Es decir, el rendimiento máximo se produce cuando son iguales las pérdidas en vacío y las de los arrollamientos, cosa que prácticamente nunca ocurre a plena carga, puesto que las pérdidas en vacío son siempre menores que las de los arrollamientos para la corriente plena.
Se define el factor o índice de carga a del transformador en tanto por 1 como:
siendo I2 e I1 las intensidades para una determinada carga,y por otro lado I2n e I1n las intensidades nominales.
A partir de esta otra expresión del rendimiento de un transformador:
Donde: a = Factor de carga en tanto por uno.
P = Potencia nominal en kVA.
W0 = Pérdidas en vacío en kW.
Wcu = Pérdidas en el cobre a plena carga en kW.
Cos φ= Factor de potencia.
Como puede observarse, para un mismo factor de potencia, el rendimiento máximo se produce cuando el producto de las pérdidas es máximo, sin que tenga importancia el cómo estén distribuidas.
Las pérdidas se obtienen mediante los ensayos de cortocircuito y de vacío.
El obtener el rendimiento máximo a plena carga no es conveniente en la mayoría de los casos debido a que el transformador puede trabajar muchas horas con una pequeña carga e incluso en vacío. Desde el aspecto del consumo interesa mejor el conocer el rendimiento de un ciclo completo de trabajo, entendiendo por tales ciclos los periodos sucesivos de tiempo durante los cuales se repiten las condiciones de carga del transformador.
Veamos algunos valores típicos para diferentes transformadores:
La fijación de este ciclo es a menudo difícil de precisar, especialmente en transformadores destinados a alimentar nuevas redes.
El rendimiento cíclico se obtendría de la relación entre la potencia cedida y la energía absorbida en el período considerado.
La energía cedida vendrá dada por la expresión:
Y la absorbida por:
donde: tn = t1 + t2 +t3 + ......(suma de los tiempos parciales).