Transformadores

“TRANSFORMADOR”

SÍMBOLO ELECTRÓNICO

Dos terminales para el embobinado primario y tres para el secundario (a veces suele ser solo dos terminales).

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

“FUNCIONAMIENTO”

Representación esquemática del transformador.

¿Cómo funciona?

La construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre cuyas columnas o piernas se localizan dos embobinados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos embobinados se encuentran eléctricamente asilado entre sí.

El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente constante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador, solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambio continuamente.

El voltaje de salida se debe al número de espiras o vueltas con las que se enrolla el embobinado de cobre tanto en el primario como en el secundario.

Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro.

Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.

“Relación de Transformación”

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Dónde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.

Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:

El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

“PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO”

El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teoría del electromagnetismo resumida en las ecuaciones de maxwell.

Las cuatro ecuaciones de Maxwell describen todos los fenómenos electromagnéticos, aquí se muestra la inducción magnética por medio de una corriente eléctrica.

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones (originalmente 20 ecuaciones) que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético.

“TIPOS DE TRANSFORMADORES”

Transformadores elevadores:

Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno. Es decir, es un elemento eléctrico que tú le proporcionas un voltaje o tensión en la entrada o "primario" y te proporciona una tensión o voltaje más elevado a la salida o "secundario".

Relaciones:

Cuando el arrollamiento secundario tiene más vueltas que el arrollamiento primario (N2 > N1), la tensión del secundario es superior a la del primario (V2>V1), es decir, N2: N1 es mayor que 1 (N2: N1 > 1). Por lo tanto si N2 tiene el triple de vueltas que N1, la tensión en el secundario será el triple que la tensión en el primario.

A la vez que elevador de tensión este transformador es "Reductor de Corriente".

Transformadores reductores:

Un transformador reductor es un artefacto que como dice su propio nombre en su entrada recibe un voltaje de magnitud X volts y en la salida entregara una magnitud aún menor a la que se tiene a la entrada, son muy útiles para los dispositivos electrónicos pues una alta tensión podría hacer que estos se quemaran o simplemente no funcionara así que es necesario suministrar solo cierto voltaje. Su funcionamiento es el mismo que cualquier otro transformador de bobinas, las cuales usan la inducción de los campos magnéticos generados por el voltaje de entrada en la Bobina 1 y la hace fluir por un núcleo de hierro hacia la Bobina 2; pero en este caso lo que cambia es la forma de fabricación.

Como se ve claramente en la figura la Bobina primaria es mayor o tiene más espiras (número de vueltas del alambre aislado en la bobina), mientras que la Bobina secundaria es menos grande o tiene menos espiras que la primera; esto supone que al voltaje de entrada dará un capo magnético en la Bobina 1 que será el más grande pero al inducirlo a la Bobina 2 esta no dará más energía de la que puede recibir en su embobinado y será menor su campo magnético y el voltaje de salida.

Transformadores igualadores:

Un transformador como su nombre lo menciona, es aquel dispositivo utilizado para cambiar diferentes señales eléctricas. El transformador en fase igualador es el que tiene el mismo voltaje de entrada que de salida. La cuestión de este tipo de transformador o esta configuración, consta o radica principalmente en la continuidad o de una tensión de corriente, ya sea la misma tensión de entrada como de salida, también a este transformador se le denomina de otra manera, ya sea transformador continuo y/o aislador. Al referirse a un transformador igualador, debemos hacer referencia si es igualador de impedancia, corriente, voltaje o tensión.

CÁLCULOS:

A continuación te ponemos la fórmula que te sirve para calcular los voltajes de salida:

“APLICACIONES”

Los transformadores son utilizados para una gran cantidad de aplicaciones gracias a sus características, vamos a mencionar cuales son las más comunes:

• Modificar la tensión para transportarla, cuando generamos la electricidad en las centrales y tenemos que enviarla por la red eléctrica, aumentamos su tensión para reducir así las perdidas por la ley de Joule.

• Para conectar los aparatos electrónicos a la electricidad ya que estos trabajan con otras características, como corriente continua o bajas tensiones.

• Para aislar tensiones de la red, esto se utiliza en zonas donde se necesita estar aislado de cualquier defecto de la red, como por ejemplo electro medicina.

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