Transformadores

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LOS TRANSFORMADORES

Inducción electromagnética. El descubrimiento de Oersted, hecho público en 1820, demostró que la corriente que fluye en un hilo desvía la aguja de una brújula convenientemente situada en su inmediata proxi¬midad, lo que Índica que a toda corriente eléctrica se encuentra invaria¬blemente asociado un campo magnético. Este hecho hizo que muchos expe¬rimentadores, entre los que se encontraba Michael Faraday, supusieran que sería posible conseguir que un campo magnético produjese una corriente eléctrica, pero hasta 1831, después de once años de experimentos, no pudo demostrar Faraday que era cierta tal proposición inversa y, al hacerlo, estableció el principio de la inducción electromagnética.

El aparato que utilizó Faraday consistía en un anillo formado por una barra de hierro dulce sobre el que se habían devanado dos bobinas de hilo de cobre aislado. P y S en la Fig. 1-1. Al abrir y cerrar el interruptor que conectaba la bobina P con la batería, el galvanómetro G, conectado a la bobina S. mostraba una variación que era en un sentido al cerrar el inte¬rruptor y en el opuesto al abrirlo. Mientras la corriente en la bobina P permanecía constante, no se inducía corriente alguna en la bobina S.

En general, se ve que el desarrollo de una Fem. y una corriente inducidas en la bobina del secundario S, es el resultado de la variación del flujo mag¬nético a causa de la excitación producida por la variación de corriente en la bobina del primario P. Por tanto, la energía se transfiere desde el primario al secundario mediante la interven¬ción del flujo magnético que enlaza a ambos. A fin de que tal transfe¬rencia de energía sea continua, es evidente que el primario debe ser alimentado por una Fem. y una corriente que se inviertan periódica¬mente, siendo igualmente evidente que la frecuencia de la alternancia de la Fem. y corriente en el secun¬dario ha de ser la misma que en el primario.

El aparato utilizado por Faraday (Fig. 1-11 fue el precursor del transfor¬mador de c. a. (al que se suele conocer con el nombre de transformador estático a causa de la ausencia de partes móviles).-Los modernos transfor¬madores difieren de aquél únicamente en detalles de construcción. En su, forma más sencilla, el transformador consiste esencialmente en dos devana¬dos aislados, dispuestos mutuamente de tal forma que una corriente en uno de ellos establecerá un flujo magnético que le enlace más o menos total¬mente con las espiras del otro. La Fem. inducida en el secundario tiene la frecuencia del primario y su amplitud es proporcional al flujo que barre el secundario y al número de espiras de este último. Por tanto, la Fem. del secundario puede ser mayor, igual o menor que la del primario; si es mayor, se trata de un transformador elevador; si es menor, es un transformador reductor, y si las tensiones del primario y del secundario son iguales, se dice que es un transformador de relación de transformación unidad. Estos últimos se utilizan cuando es necesario o conveniente aislar del circuito primario la parle del secundario del circuito, porque aunque ambos circuitos tendrán entonces la misma diferencia de potencial entre sus bornas, no han de tener necesariamente la misma diferencia de potencial con respecto a tierra.

Transformadores acorazados y no acorazados. La disposición rela¬tiva del núcleo y devanados de un transformador queda determinada por consideraciones relacionadas con la economía de material, sencillez y faci¬lidad en la construcción de sus diversas partes, provisión del aislamiento para resistir las tensiones eléctricas, fortaleza mecánica para soportar las fuerzas producidas por las grandes corrientes en corto circuito, y la venti¬lación para contrarrestar el calor debido a las pérdidas en el núcleo y deva¬nados. Existen dos tipos principales que contienen tales características en mayor o menor grado, uno de los cuales recibe el nombre de no acorazado y se muestra en la Fig. 1-2, llamándose el segundo acorazado y aparece en la Fig. 1-3. La diferencia entre los dos tipos puede establecerse de la siguiente manera: en el no acorazado, los devanados rodean al núcleo, mientras que en el acorazado es el núcleo el que rodea a los devanados. En la Fig. 1-4 se muestra un tipo de construcción intermedio, llamado acorazado de dis¬tribución.

Las chapas de acero utilizadas para formar el núcleo, suelen tener la forma indicada en la Fig. 1-5, disponiéndose en sucesivas capas de modo que las juntas queden contrapeadas, de la manera que se indica en las dos partes del dibujo. En el Cáp. 3 se describirán otros tipos generales de cons¬trucción.

La elección entre los tipos de construcción acorazado y no acorazado depende, en un caso dado, de las características del proyecto, lo que no entra en el plan del presente libro. En general, puede decirse que, si bien ambos tipos pueden proyectarse a fin de que resulten igualmente satisfactorios con respecto a su capacidad para resistir tanto las tensiones eléctricas como las mecáni¬cas, el tipo acorazado requiere unas con¬diciones de construcción más especiali¬zadas que las del tipo no acorazado, mientras que este último ofrece las ven¬tajas adicionales de permitir la inspección visual de las bobinas en caso de avería, así como la mayor facilidad para efectuar reparaciones en el campo. Por dichas razones, la práctica actual tiende hacia el empleo del tipo no acorazado, espe¬cialmente en las grandes unidades de alta tensión.

Relaciones de fase entre la corriente y la Fem. del primario. Secun¬dario en circuirá abierto. Por razones de sencillez, supongamos que el trans¬formador está construido de la forma que se muestra en la Fig. 1-6, con el primario P de N1 espiras y el secundario S de N2 espiras, situados sobre las ramas opuestas del núcleo *, y que el circuito secundario está abierto. Puesto que en este caso no fluirá corriente alguna en el secundario, el efecto,

en lo que al primario se refiere, será el mismo que si no existiese el secundario, por lo que el transformador en tales condiciones no es ni más ni menos que una bobina de reactancia, con lo que la corriente I0. establecida en el prima¬rio por la tensión aplicada V1 quedará determinada por la impedancia del devanado primario. Suponiendo que la tensión aplicada. V1 varía armónicarnente con una frecuencia de fcps, la determinación completa déla amplitud

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