Transformador

Objetivo

Conocer los conceptos básicos de un transformador, así como su funcionamiento y la gran aplicación que estos tienen en nuestra vida cotidiana.

Una de las grandes ventajas de la corriente alterna (ca) sobre la corriente directa (cd) en la distribución de energía eléctrica es que es mucho más fácil subir y bajar los voltajes con la ca que con la cd. Para la transmisión a grandes distancias es deseable usar un voltaje tan elevado y una corriente tan pequeña como sea posible; esto reduce las pérdidas de i2R en las líneas de transmisión, y permite utilizar alambres delgados, con lo cual se reducen los costos de los materiales. El voltaje estándar para el cableado doméstico es de 120 V en Estados Unidos y Canadá, y de 240 V en muchos otros países. La conversión necesaria del voltaje se lleva a cabo por medio de transformadores.

Transformadores

Transformador.- Dispositivo estático que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna.

La principal aplicación del transformador es la transmisión de energía eléctrica entre el lugar de producción (en plantas generadoras de energía) y los lugares de su consumo (lugares de población, industrias, etc.) y así poder realizar su distribución en una forma económica y eficiente.

La ley de la inducción electromagnética de Faraday dice que si se tiene un conductor en un campo magnético variable, éste produce un voltaje.

Sus componentes clave son dos bobinas o devanados, aislados eléctricamente uno del otro pero enrollados en el mismo núcleo, que generalmente esta hecho de un material, como el hierro, con una permeabilidad relativa Km muy grande. Por consiguiente, casi todas las líneas de este campo pasan de un devanado a través del otro devanado y maximizan la inductancia mutua de los dos devanados. El devanado al que se suministra energía se llama primario, y el devanado del que se toma energía recibe el nombre de secundario.

Los símbolos de algunos tipos básicos de transformadores son:

La fuente de ca ocasiona una corriente alterna en el primario, lo que establece un flujo alterno en el núcleo; esto induce una fem en cada devanado, de acuerdo con la ley de Faraday. La fem inducida en el secundario da lugar a una corriente alterna en el secundario, y esto entrega energía al dispositivo al que está conectado el secundario. Todas las corrientes y las fem tienen la misma frecuencia que la fuente de ca.

El devanado primario tiene N1 espiras, y el secundario tiene N2 espiras. Cuando el flujo magnético cambia como resultado de la modificación de las corrientes en las dos bobinas, las fem inducidas resultantes son:

E1=-N1 dΦB/dt y E2=-N2 dΦB/dt

El flujo por espira ΦB es el mismo tanto en el primario como en el secundario, las ecuaciones indican que la fem inducida por la espira es la misma en cada uno.

E2/E1=N2/N1

Si los devanados tienen una resistencia de cero, la fem inducida E1 y E2 son iguales a los voltajes entre terminales a través del primario y el secundario, respectivamente; por lo tanto,

V2/V1=N2/N1 (Voltajes terminales del transformador primario y secundario)

Al elegir la razón apropiada de las espiras N2/N1, se puede obtener cualquier voltaje secundario deseado a partir de un voltaje primario dado. Si N2>N1, entonces V2>V1 y tenemos un transformador elevador; si N2<N1, entonces V2<V1 y tenemos

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