Eficiencia y regulación de tensión
¿A qué carga es máxima la eficiencia?
La pérdida del núcleo es una línea plana independiente de la carga; la del cobre es una curva que crece con su cuadrado. Mueve la carga hasta donde ambas se cruzan. Justo en esa carga la eficiencia alcanza su pico.
Pérdida fija y variable
La pérdida del núcleo surge en la rama de excitación en derivación. Fijadas tensión y frecuencia, queda fijo el flujo, y las pérdidas por histéresis y parásitas que este fija fluyen aun a carga cero. Por eso es una pérdida fija, independiente de la carga. La del cobre surge en la resistencia del devanado de la rama serie como el cuadrado de la corriente. A fracción m, la pérdida de cobre es m² veces la nominal.
La condición de máxima eficiencia
La eficiencia es la salida dividida por la salida más las pérdidas. A fracción m, η = mScosφ / (mScosφ + Pfe + m²Pcu). Igualar a cero su derivada respecto a m da Pfe = m²Pcu, la condición de que las pérdidas fija y variable sean iguales. Despejando, la fracción de máxima eficiencia es m = √(Pfe / Pcu).
La regulación viene de la caída serie
Cuando la corriente atraviesa la impedancia serie, la tensión secundaria cae por debajo de su valor en vacío. La razón de este cambio es la regulación, aproximada por ε ≈ p cosφ + q sinφ, donde p es la caída resistiva porcentual y q la reactiva. Un factor en atraso (inductivo) baja la tensión y la regulación es positiva; uno en adelanto (capacitivo) la sube y puede hacerla negativa.
De vuelta a la primera pantalla
La eficiencia alcanzó su pico en la carga donde se cruzaban las dos curvas de pérdida. La del núcleo es plana e independiente de la carga, mientras que la del cobre crece con su cuadrado y en algún punto iguala a la del núcleo. Allí la pérdida por salida es mínima y la eficiencia máxima. En fracción de carga es m = √(Pfe / Pcu), la carga donde las pérdidas variable y fija se igualan. Por su parte, la caída en esa misma impedancia serie aparece como la regulación ε ≈ p cosφ + q sinφ.
Con esto se cierran los circuitos magnéticos y los transformadores. Leímos el flujo con la ley de Ohm magnética (A1), vimos la energía acumulada en él (A2), intercambiamos tensión y corriente por la relación de vueltas (A3), recogimos las no idealidades en un circuito equivalente (A4) y calculamos el rendimiento desde las pérdidas (A5). El grupo B es la máquina de CC, que crea rotación sobre el mismo circuito magnético. Empieza por cómo el colector convierte CA en CC.