Transformador
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Transformador. Se denomina transformador o trafo (abreviatura), a un Dispositivo eléctrico que convierte la Energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un campo magnético. 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, tamaño, etc.
Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.
Sumario
Introducción
En la Electrotecnia y la Radiotecnia los transformadores encuentran una amplia utilización. Ellos sirven para la transformación del tensión de la corriente eléctrica alterna, manteniendo la frecuencia. Como regla, los transformadores tienen al menos dos devanados ubicados en un núcleo de material Ferromagnético, por ejemplo de acero electrotécnico blando, en forma de columnas.
Principio de funcionamiento
Uno de los devanados, denominado primario (ω1), se conecta a la fuente de corriente alterna cuyo voltaje se necesita variar. La corriente del devanado primario crea en el núcleo un flujo magnético alterno Φ, que se expresa en Weber (Wb). El núcleo del transformador se fabrica formando un circuito cerrado de manera que el flujo en todo su recorrido cruce por dentro del mismo y no se disperse. El flujo magnético variable Φ induce en el devanado secundario ω2 una fuerza electromotriz (FEM) variable, cuyo valor depende del número de vueltas de este devanado y de la velocidad de variación del flujo magnético, según establecen las leyes de la inducción electromagnética.
Clasificación de los transformadores
Se denomina con este nombre al aparato eléctrico cuya función es convertir la corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad, o viceversa.
Según sus aplicaciones:
- Transformador de aislamiento: Suministra el aislamiento galvánico entre el alambre primario y el secundario, por lo cual proporciona una alimentación o señal "flotante". Su relación es 1:1.
- Transformador de alimentación. Estos poseen uno o varios alambres secundarios y suministran las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles no reemplazables, que apagan su circuito primario en caso de una temperatura excesiva, evitando que éste se queme.
- Transformador trifásico. Poseen un trío de bobinados en su primario y un segundo trío en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) o triángulo (∆), sus mezclas pueden ser: ∆-∆, ∆-Y, Y-∆ y Y-Y. A pesar de tener una relación 1:1, al pasar de ∆ a Y o viceversa, las tensiones se modifican.
- Transformador de pulsos: Esta destinado a funcionar en régimen de pulsos debido a su rápida respuesta.
- Transformador de línea o flyback: Estos son transformadores de pulsos. Con aplicaciones especiales como televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Entre otras propiedades, frecuentemente proporciona otras tensiones para el tubo.
- Transformador con diodo dividido: Su nombre se debe a que está constituido por varios diodos menores en tamaño, repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
- Transformador de impedancia: Usado como adaptador de antenas y líneas de transmisión, era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.
- Transformador Electrónico: Se caracteriza por ser muy utilizados en la actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. Utiliza un Corrector de factor de potencia de utilización imprescindible en los circuitos de fuente de alimentaciones conmutadas en lugar de circuitos.
- Transformador de Potencia: Son los utilizados en las redes de transmisión y distribución para suministrar energía eléctrica, tienen potencias mayores a 1000 kVA y tensiones superiores a 1000 voltios.
- Transformador de Distribución: Son los utilizados en las redes de eléctricas de distribución para suministrar energía eléctrica directamente a los usuarios, comúnmente están en los postes cercanos a las casas e industrias, tienen potencias entre 5 y 1000 kVA y las tensiones primarias son mayores a 1000 voltios y por el secundario son de 120 V; 240 V y 480 V.
Según su construcción:
- Transformador de grano orientado, Auto transformador. El primario y el secundario constituyen un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones equivalentes.
- Transformador toroidal. Son más voluminosos, pero el flujo magnético se confina en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.
- Transformador de grano orientado. El núcleo se conforma por una placa de hierro de grano orientado, que se envuelve en si misma, siempre con la misma dirección, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Las perdidas son escasas pero es de alto costo. Estos tipos son los más utilizados, pero existen otros diversos modelos según el tipo de aplicación a la cual son destinados.
Transformador elevador o reductor. Potencia activa
Si el devanado secundario ω2 tiene mayor cantidad de vueltas que el devanado primario ω1, entonces el voltaje secundario U2 resulta mayor que el voltaje primario U1 y el transformador se denomina elevador. En caso contrario el transformador se denomina reductor.
La potencia activa de la corriente en el devanado secundario P2 casi iguala a la potencia de la corriente en el devanado primario P1, debido a que las pérdidas de energía en un transformador son pequeñas. La potencia activa es el producto del voltaje por la corriente del devanado y se expresa en Watt (W).
Por eso, con el aumento del voltaje en un transformador al mismo tiempo ocurre una disminución de la corriente y viceversa, manteniéndose casi invariable el producto de la corriente por el voltaje, o sea, la potencia. Por ejemplo, si en un transformador el devanado primario tiene un voltaje de 200 V y una corriente de 1 A, entonces la potencia del primario será de 200 . 1= 200 W. Si el transformador reduce el voltaje en cuatro veces, entonces el voltaje secundario será de 50 V y la corriente crece en cuatro veces y será de 4A.
Como resultado la potencia secundaria será de 50 . 4= 200 W. En realidad en cualquier transformador la potencia secundaria es siempre algo menor que la primaria, ya que se producen pérdidas de energía debido al calentamiento de los devanados y del núcleo por la magnetización y las corrientes parásitas. Sin embargo, para los transformadores la eficiencia (η), la cual se calcula como la relación entre las potencias secundaria y primaria, es bastante alta. Para transformadores de gran potencia este parámetro puede ser de 99 % y superior; mientras que para los transformadores de mediana y pequeña potencia tiene un valor entre 80 y 90 %.
Referencias
- Ayllón Fandiño, E. (1987). Fundamentos de la teoría de los circuitos eléctricos II. La Habana, Pueblo y Educación.
- Bessonov, L. A. (1984). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú, Vysshaia shkola.
- Evdokimov, F. E. (1981). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú, Vysshaia shkola.
- Kasatkin, A. S., Nemtsov, M. V. (1983). Electrotejnika. Moscú, Energoatomizdat.
- Kerchner, R. M., Corcoran, G.F. (1975). Circuitos de corriente alterna. La Habana, Pueblo y educación.
- Neiman, L. R., Demirchian, L. R. (1981). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Leningrado, Energoizdat.
- Zeveke, G. V. (1979). Analysis and synthesis of electric circuits. Moscú, Mir.
