¿Por qué tiene que usar el voltaje nominal del transformador para la prueba sin carga o de circuito abierto?

Creo que entiendo su pregunta, así que primero aquí hay una representación del circuito equivalente de un transformador: -

En condiciones sin carga, la única corriente que fluye hacia el primario es la corriente tomada por los "componentes paralelos" Xm y Rc. Para un transformador de potencia normal, esa corriente será pequeña en comparación con la corriente que toma normalmente el primario cuando el secundario está impulsando una carga. Por esa razón, puede ignorar (cortocircuito) Xp y Rp y, por supuesto, el secundario solo produce un voltaje de circuito abierto, por lo que Rs y Xs no tienen ninguna consecuencia.

La "cosa" en el medio que parece un transformador es un transformador de potencia perfecto y debido a que no se entrega corriente al secundario, ese transformador perfecto no toma corriente.

Por lo tanto, se reduce a que Rc y Xm estén conectados a la energía entrante y no es necesario analizar más componentes.

Me preguntaba por qué exactamente tiene que usar el voltaje nominal del transformador para la prueba de circuito abierto o sin carga.

Hay una razón muy importante para esto y es la saturación del núcleo: si no usa el voltaje aplicado normal, tendrá demasiada saturación o muy poca y no tendrá una medida representativa. La saturación del núcleo no es lineal con el voltaje, por lo que es importante usar el voltaje aplicado correcto. Mire la curva BH para ver por qué: -

Puede ver que es muy no lineal una vez que comienza a acercarse a la saturación y, la mayoría de los transformadores se diseñarán para funcionar con una intensidad de campo magnético (H) en las áreas de saturación temprana a media. Esto, por supuesto, significa un tamaño de transformador más pequeño y menos hierro. Prevalecen las razones comerciales.

Entonces, para hacer justicia a la prueba, debe ejecutar a niveles nominales.

Si estuviera haciendo una prueba para averiguar los valores de los componentes de la serie, ejecutaría el primario desde un variac y cortocircuitaría la salida. El tipo de voltaje que ahora se aplica es una fracción del voltaje nominal, por lo que las pérdidas en el núcleo son bajas (curva BH muy lineal) y las pérdidas por corrientes de Foucault (Rc) también son bastante pequeñas.

¿Es este también el voltaje sobre los elementos paralelos, incluso en una situación en la que se carga el transformador? O en otras palabras, ¿los elementos en paralelo producen tantas pérdidas en una situación con carga con una fuente aplicada que en una situación sin carga cuando se aplica el voltaje nominal?

El voltaje a través de los elementos magnetizantes (paralelos) es un poco menor cuando el transformador está cargado, y las pérdidas en el núcleo también son un poco menores. La caída de tensión combinada entre los elementos en serie primario y secundario también determina la regulación del transformador. Ese es el porcentaje de disminución del voltaje secundario a medida que la carga aumenta de cero a 100%. Podría estimar que la mitad de la regulación se debe a la impedancia primaria y la otra mitad a la impedancia secundaria. En un transformador pequeño, digamos de 5 a 50 VA, la regulación puede ser del 10 al 15 por ciento y el cambio en el voltaje de magnetización puede ser del 5 al 8 por ciento. Para transformadores por encima de 1000 VA, es probable que la regulación sea del 2 % o menos y el efecto de la tensión de magnetización del 1 % o menos.