Name: modeling transformer losses with equivalent circuits
Uploaded: 2024-11-21T14:54:19.000Z
Duration: 1 min 28 s
Channel: JoVE

Los circuitos equivalentes de los prácticos transformadores monofásicos de dos devanados difieren de sus contrapartes ideales debido a la resistencia del devanado y la permeabilidad del núcleo finito.
El flujo magnético no confinado da como resultado pérdidas de potencia real y reactiva. La resistencia y la reactancia de fuga, en serie con cada devanado, tienen en cuenta las pérdidas resistivas, la caída de voltaje inducida por el flujo de fuga y la pérdida de potencia reactiva, respectivamente.
La permeabilidad finita del núcleo implica una fuerza magnetomotriz distinta de cero en la ley de Ohm para circuitos magnéticos.
La reorganización y sustitución del voltaje inducido a través del devanado izquierdo da como resultado una corriente de magnetización, que retrasa el voltaje inducido en 90 grados, representado por un inductor de derivación.
Además, una rama de derivación, representada por una resistencia, transporta la corriente de pérdida del núcleo en fase con el voltaje inducido. Cuando la corriente del devanado derecho es cero, dos componentes en la corriente del devanado izquierdo, la pérdida del núcleo y las corrientes de magnetización, representan las pérdidas de potencia real y potencia reactiva.
Estas pérdidas se pueden minimizar utilizando acero aleado de alta calidad. Se pueden dibujar tres circuitos equivalentes alternativos, incluso cuando la resistencia y la reactancia de fuga se refieren al devanado izquierdo, se descuida la corriente de excitación y se ignoran las resistencias del devanado.

circuitos equivalentes para transformadores prácticos

Los circuitos equivalentes prácticos de los transformadores monofásicos de dos devanados presentan desviaciones significativas con respecto a sus versiones idealizadas debido a las propiedades inherentes de la resistencia del devanado y la permeabilidad finita del núcleo. Estas propiedades dan lugar a pérdidas de potencia real y reactiva, que afectan al rendimiento del transformador. Comprender estas desviaciones es fundamental para diseñar transformadores más eficientes.
En un transformador práctico, cada devanado presenta resistencia y reactancia de fuga. La resistencia del devanado contribuye a las pérdidas resistivas, que se manifiestan en forma de calor, mientras que la reactancia de fuga, asociada con el flujo de fuga, provoca una caída de voltaje y da como resultado una pérdida de potencia reactiva. Estos elementos se modelan en serie, con cada devanado en el circuito equivalente del transformador, lo que proporciona una representación más precisa del comportamiento del transformador en condiciones de carga.
La permeabilidad finita del núcleo del transformador implica que se requiere una fuerza magnetomotriz (FMM) distinta de cero, como se describe en la ley de Ohm para circuitos magnéticos. Este requisito da como resultado una corriente magnetizante, que es esencial para establecer el flujo magnético en el núcleo. Cuando se considera el voltaje inducido a través del devanado primario, la corriente magnetizante se retrasa 90 grados con respecto al voltaje inducido. Esta relación se representa mediante un inductor en derivación en el circuito equivalente, que modela con precisión el componente de potencia reactiva debido a la magnetización del núcleo.
Las pérdidas en el núcleo, debidas principalmente a la histéresis y a las corrientes parásitas dentro del material del núcleo, se representan mediante una resistencia en derivación en el circuito equivalente. Esta resistencia modela la corriente de pérdida en el núcleo, que está en fase con el voltaje inducido. Cuando la corriente del devanado secundario es cero, la corriente primaria consta de dos componentes: la corriente de magnetización y la corriente de pérdida en el núcleo. Estos componentes son responsables de las pérdidas de potencia reactiva y real, respectivamente.
Para reducir estas pérdidas, se suele utilizar acero de aleación de alta calidad como material del núcleo. Este material tiene propiedades magnéticas superiores, lo que reduce las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas, mejorando así la eficiencia del transformador.
Se pueden construir tres circuitos alternativos equivalentes primarios para un transformador práctico:
<ol style="padding-left: 35px; margin: 0;">
 <li>Cuando la resistencia y la reactancia de fuga se refieren al devanado primario.</li>
 <li>Cuando se descuida la corriente de excitación (la suma de las corrientes de magnetización y de pérdida del núcleo) para simplificar.</li>
 <li>Cuando se ignoran las resistencias del devanado, centrándose únicamente en los componentes reactivos.</li>
</ol>
Cada uno de estos circuitos equivalentes proporciona información sobre diferentes aspectos del rendimiento del transformador y simplifica el análisis para aplicaciones específicas. Al comprender y modelar estas características no ideales, los ingenieros pueden diseñar transformadores que satisfagan mejor las demandas de varios sistemas eléctricos.

Circuitos equivalentes para transformadores prácticos

Los circuitos equivalentes de los prácticos transformadores monofásicos de dos devanados difieren de sus homólogos ideales debido a la resistencia del devanado ...

equivalent-circuits-for-practical-transformers

Education

Educación

JoVE Core

Electrical Engineering

Ingeniería Eléctrica

Unit 1

Unidad 1

Power Transformers

Transformadores de potencia

KEY TERMS AND CONCEPTS

TÉRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE

Equivalent Circuits for Practical Transformers

modeling transformer losses with equivalent circuits

Practical transformer equivalent circuits show how winding resistance, leakage reactance, and finite core permeability change transformer behavior. These non-ideal features create real and reactive power losses, so they matter when a transformer is under load.

Each winding has resistance and leakage reactance. Winding resistance causes resistive loss, which appears as heat. Leakage reactance comes from leakage flux, and it creates a voltage drop and reactive power loss. In the equivalent circuit, these elements are placed in series with each winding so the model matches real operation more closely.

The transformer core also needs a non-zero magnetomotive force, or MMF, because its permeability is finite. That need creates a magnetizing current, which establishes the magnetic flux in the core. When the induced voltage across the primary winding is considered, this magnetizing current lags the induced voltage by 90 degrees. It is shown as a shunt inductor in the circuit because it represents the reactive part of the core magnetization current.

Core losses are caused mainly by hysteresis and eddy currents in the core material. These losses are modeled with a shunt resistor. The core loss current through that resistor is in phase with the induced voltage, so it represents real power loss. When the secondary current is zero, the primary current contains both the magnetizing current and the core loss current. Together, these currents account for the reactive and real power losses in the transformer.

High-grade alloy steel is often used for the core to reduce these losses. Its better magnetic properties help lower hysteresis and eddy current loss, which improves efficiency. Engineers can also build three useful alternative equivalent circuits for a practical transformer. In one, the resistance and leakage reactance are referred to the primary winding. In another, the exciting current, which is the sum of magnetizing and core loss currents, is neglected for simplicity. In a third, winding resistances are ignored so the focus stays on the reactive components. Each form helps with a different kind of analysis and gives insight into transformer performance.

Modeling Transformer Losses with Equivalent Circuits

modeling-transformer-losses-with-equivalent-circuits

the ideal transformer

Transformer Core Flux and Turn Ratio

Single-phase two-winding transformers use two windings around a magnetic core. The core has a cross-sectional area A and magnetic permeability μ. A phasor current i1 enters the left winding, and i2 exits the right winding. These parts work together to move energy by electromagnetic means. Ampere’s law explains the magnetic field inside the transformer. It says that the closed-path integral of the magnetic field intensity’s tangential component equals the net current enclosed. For a...

equivalent circuits for practical transformers

Practical transformer equivalent circuits show how winding resistance, leakage reactance, and finite core permeability change transformer behavior. These non-ideal features create real and reactive power losses, so they matter when a transformer is under load. Each winding has resistance and leakage reactance. Winding resistance causes resistive loss, which appears as heat. Leakage reactance comes from leakage flux, and it creates a voltage drop and reactive power loss. In the equivalent...

three-winding transformers

Three-Winding Transformer Models

Three-winding transformer models show how three identical single-phase transformers can be combined into a three-phase transformer connection. The high-voltage windings are labeled A, B, and C. The low-voltage windings are labeled a, b, and c. This notation separates the high-voltage side from the low-voltage side and matches each phase to its own winding. For a grounded Y-Y three-phase transformer, the per-unit equivalent circuit uses common base quantities to simplify analysis. The base...

transformers with off-nominal turns ratios

transformers-with-off-nominal-turns-ratios

Modeling Parallel Transformers with Base Mismatch

Parallel transformers can be modeled with per-unit values even when the chosen voltage bases do not match the transformer ratings. This case creates an off-nominal turns ratio, which means the base voltages are not proportional to the rated voltages. To handle that mismatch, the transformer voltage relation is adjusted by using the ratio of the selected bases. One way to represent the transformer is as two series transformers. The first is the standard per-unit model, which includes the...

key terms and concepts

Learn how practical transformer equivalent circuits model winding resistance, leakage reactance, magnetizing current, and core losses for grades 9–12.

Modeling Transformer Losses with Equivalent Circuits | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

Modeling Transformer Losses with Equivalent Circuits

Description

Transcript

Tags