Transformador

1.- Transformadores monofásicos.-

1.1.- Transformador ideal.-

El transformador es el conversor básico de corriente alterna. Justamente es lo que fundamenta su existencia, la posibilidad de transformar las tensiones de trabajo. No funciona en corriente continua.

El transformador en su concepción teórica ideal consta de un núcleo con dos arrollamientos que posen N1 y N2 vueltas respectivamente.

Si se alimenta uno de los bobinados con una tensión alterna senoidal aparecerá en el otro bobinado una tensión también alterna y senoidal de forma tal que la relación entre tensiones es la siguiente:

Esto se debe a que al aplicarse una tensión alterna senoidal a un bobinado aparece en el núcleo un flujo alterno senoidal y por lo tanto según la ley de Faraday :

entonces las f.e.m. de autoinducción serán:

y como la f.e.m. de autoinducción se opone a la tensión aplicada

el valor eficaz de las tensiones será:

por lo tanto

Si ahora se conecta una carga (impedancia) a uno de los bobinados circulará una corriente que se reflejará en el otro bobinado.

Con el transformador en carga aparece una corriente I2 que circulando por el bobinado produce una fuerza magnetomotriz N2I2 que tiende a modificar el flujo, pero como aparecerá en el otro bobinado una corriente I1 que restablezca la fuerza magnetomotriz.

Se podría haber llegado a la misma conclusión considerando que por tratarse de un dispositivo ideal sin pérdidas la potencia aparente desarrollada en un bobinado debe ser igual a la desarrollada en el otro.

por lo tanto

Los dos bobinados anteriormente descriptos reciben la designación de bobinado primario y bobinado secundario. Dado que el transformador es una máquina reversible o sea que puede ser alimentado de cualquiera de los lados se ha establecido como convención que la designación de bobinado primario corresponde al lado de mayor número de vueltas.

Las relaciones anteriormente descriptas corresponden al transformador ideal y lógicamente poseen algunas ligeras diferencias con las correspondientes a los transformadores reales las cuales se analizarán a continuación. .

1.2.- Circuito del transformador real en vacío.-

De acuerdo a lo que se vio en el estudio de los circuitos magnéticos, para obtener el flujo alterno en el núcleo del transformador es necesario que circule una corriente por el bobinado de alimentación.

considerando a la reluctancia constante, a un flujo alterno sinusoidal le corresponde una corriente también sinusoidal

esta corriente es la que se conoce como corriente de magnetización Iμ

Si se pretende un circuito que represente el comportamiento del transformador real, al transformador ideal propuesto anteriormente se le agrega una inductancia en paralelo.

A esa inductancia se la designa como suceptancia inductiva B0 para que no se confunda con otras reactancias que aparecen en el circuito.

Otro aspecto a tener en cuenta es que un núcleo de hierro con un flujo alterno está afectado por corrientes parásitas y lazos de histéresis cuyo resultado es generación de calor que se conoce como pérdidas en el hierro. Como toda pérdida este fenómeno se representa con una resistencia también en paralelo con el transformador ideal a la que se la designa con la conductancia G0 para que no se confunda con la resistencia de los conductores por la que circula una corriente denominada IP.

Esta corriente es ficticia, no existe como parámetro independiente. Al igual que I ambas aparecen sumadas vectorialmente constituyendo la corriente de vacío I0. Esta corriente sí existe y circula por el arrollamiento primario.

1.3.- Circuito del transformador real en carga.-

Analizaremos ahora el comportamiento del transformador bajo carga. Supongamos una carga representada por una impedancia ZC aplicada al otro bobinado. Esta carga dará origen a una corriente I2 que circulará por el arrollamiento secundario y

este bobinado tendrá una cierta resistencia. También hay que tener en cuenta que si bien se considera que todas las líneas de fuerza del campo magnético se cierran por el hierro, hay que admitir que existe un flujo disperso en el bobinado secundario que en este caso debe ser considerado.

Para considerar lo mencionado anteriormente al lado secundario del transformador ideal se agrega una resistencia R2 y una reactancia de dispersión X2.

Al conectar una carga en el secundario , circula una corriente I2 por el bobinado que produce la I2•N2. Esta tiende a modificar el flujo común creado por la de vacío I0•N1, pero como esto no es posible en el primario aparece una corriente I1 cuya I1•N1 restablece el flujo.

fmm0 = fmmcarga

y despejando

El bobinado primario tiene también una resistencia R1 que es la resistencia del conductor

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