El transformador real y su circuito equivalente
¿Dónde va la rama de excitación?
Aun en vacío con el secundario abierto, una pequeña corriente de excitación fluye en el primario. Para fluir debe cerrar un lazo con la fuente. Coloca la rama en tres posiciones y halla aquella en que la corriente de vacío fluye como en la realidad.
El flujo no se comparte al 100%
El modelo ideal supone que ambas bobinas comparten el mismo flujo, pero en realidad parte del flujo se fuga por aire y aceite y enlaza una sola bobina. Ese flujo de fuga es proporcional a la corriente de carga, así que aparece como una reactancia de fuga en serie X sobre la que cae tensión. La resistencia R del hilo se suma en el mismo lugar en serie.
Magnetizar el núcleo cuesta corriente de excitación
Levantar el flujo cuesta corriente, y el flujo alterno calienta el núcleo por histéresis y corrientes parásitas. Ambos fluyen al aplicar tensión, aun en vacío, así que van como derivación en bornes del primario. La pérdida del núcleo es una conductancia Gc y la magnetización una susceptancia Bm, reunidas en la admitancia de excitación Y0 = Gc - jBm.
Refiere el secundario al primario como un solo circuito
Referir la impedancia secundaria por la relación como a²Z2 funde las ramas serie en Req = R1 + a²R2 y Xeq = X1 + a²X2. La admitancia de excitación suele ser pequeña, así que un circuito aproximado con ella movida a los bornes de entrada simplifica el cálculo. La rama serie cubre la pérdida en cobre y la caída de tensión; la derivación, la pérdida del núcleo y la corriente de vacío.
De vuelta a la primera pantalla
El único lugar donde la corriente de vacío fluyó como en la realidad fue la derivación. En serie, el lazo se rompe al abrir el secundario y la corriente cae a cero; como derivación, cierra un lazo con la fuente y deja una pequeña corriente de excitación. Ordenar las no idealidades por posición es justamente el circuito equivalente. La resistencia del devanado y la reactancia de fuga, que la corriente de carga atraviesa, van en serie; la pérdida del núcleo y la magnetización, que penden de la tensión y se fugan en vacío, son la derivación.
El circuito equivalente es lo que convierte el rendimiento del transformador en números. La pérdida en cobre de la rama serie y la del núcleo en la derivación fijan la eficiencia, y la caída en la impedancia serie fija la regulación. La próxima unidad calcula la condición de máxima eficiencia y la regulación a partir de estas dos pérdidas (MC-A5). La misma división serie-derivación se repite en los circuitos equivalentes de las máquinas rotativas.