Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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Introducción de la eficiencia del transformador
Los transformadores forman el vínculo más importante entre los sistemas de suministro y la carga. La eficiencia del transformador afecta directamente su rendimiento y envejecimiento. La eficiencia del transformador, en general, está en el rango de 95 – 99%. Para transformadores de potencia grandes con pérdidas muy bajas, la eficiencia puede llegar al 99,7%. Las mediciones de entrada y salida de un transformador no se realizan bajo condiciones de carga, ya que las lecturas del vatímetro inevitablemente sufren errores de 1 – 2%. Por lo tanto, para los cálculos de eficiencia, las pruebas OC y SC se utilizan para calcular las pérdidas nominales del núcleo y del devanado en el transformador. Las pérdidas en el núcleo dependen de la tensión nominal del transformador y las pérdidas en el cobre dependen de las corrientes.a través de los devanados primario y secundario del transformador. Por lo tanto, la eficiencia del transformador es de primordial importancia para operarlo en condiciones de voltaje y frecuencia constantes . El aumento de temperatura del transformador debido al calor generado afecta la vida útil de las propiedades del aceite del transformador y decide el tipo de método de enfriamiento adoptado. El aumento de temperatura limita la clasificación del equipo. La eficiencia del transformador se da simplemente como:
- La potencia de salida es el producto de la fracción de la carga nominal (voltios-amperios) y el factor de potencia de la carga.
- Las pérdidas son la suma de las pérdidas de cobre en los devanados + la pérdida de hierro + la pérdida dieléctrica + la pérdida de carga parásita.
- Las pérdidas de hierro incluyen la histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas en el transformador. Estas pérdidas dependen de la densidad de flujo dentro del núcleo. Matemáticamente,
Pérdida por Histéresis: Pérdida por
Corrientes de Foucault:
Donde k h y k e son constantes, B max es la densidad máxima del campo magnético, f es la frecuencia de la fuente y t es el espesor del núcleo. La potencia ‘n’ en la pérdida por histéresis se conoce como constante de Steinmetz cuyo valor puede ser casi 2. - Las pérdidas dieléctricas se producen dentro del aceite del transformador. Para transformadores de baja tensión, se puede descuidar.
- El flujo de fuga se conecta al marco de metal, tanque, etc. para producir corrientes parásitas y están presentes alrededor del transformador, por lo que se llama pérdida parásita, y depende de la corriente de carga y se denomina ‘pérdida de carga parásita’. Puede representarse por la resistencia en serie a la reactancia de fuga.
Cálculo de la eficiencia del transformador
El circuito equivalente del transformador referido al lado primario se muestra a continuación. Aquí, R c representa las pérdidas centrales. Usando la prueba de cortocircuito (SC), podemos encontrar la resistencia equivalente que representa las pérdidas de cobre como 
Definamos x% como el porcentaje de carga total o nominal ‘S’ (VA) y dejemos que P cufl (vatios) sea el cobre a plena carga pérdida y cosθ es el factor de potencia de la carga. Además, definimos P i (vatios) como pérdida de núcleo. Como las pérdidas de cobre y hierro son pérdidas importantes en el transformador, solo se tienen en cuenta estos dos tipos de pérdidas al calcular la eficiencia. Entonces, la eficiencia del transformador se puede escribir como: 
Donde, x 2 Pcufl = pérdida de cobre (P cu ) a cualquier carga x% de la carga completa.
La máxima eficiencia (η max ) ocurre cuando las pérdidas variables son iguales a las pérdidas constantes. Dado que la pérdida de cobre depende de la carga, es una cantidad de pérdida variable. Y la pérdida de núcleo se considera la cantidad constante. Entonces, la condición para la máxima eficiencia es:
Ahora podemos escribir la máxima eficiencia como: 
Esto muestra que podemos obtener la máxima eficiencia a plena carga mediante la selección adecuada de pérdidas constantes y variables. Sin embargo, es difícil obtener la máxima eficiencia ya que las pérdidas de cobre son mucho más altas que las pérdidas del núcleo fijo.
La variación de la eficiencia con la carga se puede representar mediante la figura siguiente: 
Podemos ver en la figura que la eficiencia máxima se produce al factor de potencia unitario . Y la máxima eficiencia se produce con la misma carga independientemente del factor de potencia de la carga.
Eficiencia durante todo el día del transformador
Es una eficiencia basada en energía calculada para transformadores de distribución . A diferencia del transformador de potencia que se enciende o apaga según la carga que maneja, la carga de un transformador de distribución fluctúa continuamente durante las 24 horas del día. Como las pérdidas en el núcleo son independientes de la carga, la eficiencia durante todo el día depende de las pérdidas de cobre. La definimos como la relación entre la energía de salida entregada y la energía de entrada para un ciclo de 24 horas. Se logran altas eficiencias energéticas al restringir las densidades de flujo del núcleo a valores más bajos (ya que las pérdidas del núcleo dependen de la densidad de flujo) mediante el uso de una sección transversal relativamente mayor o una relación en peso de hierro / cobre mayor.
