2. Hace algo más de un siglo que se inventó el Transformador. Este dispositivo ha
hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los
hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la
distancia que separa a los generadores de electricidad de los consumidores.
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y
magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una
corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la
potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin
pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida). Ojo no hay
transformadores de corriente continua . Como la mejor forma de transportar la
corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta
220V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. ya
que existen transformadores. Nunca se transporta en c.c.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas
devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Este conjunto de vueltas se
denominan: Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de
entrada y Bobina secundaria o Secundario" a aquella que entrega el voltaje
transformado.
3. Transformador
Es una máquina estática que se
utiliza para aumentar o disminuir
tensiones en corriente alterna sin
alterar en el proceso la
frecuencia de ésta.
Consta de las siguientes partes:
Núcleo: Compuesto por
chapas ferromagnéticas
Bobinado primario: Es la
parte del transformador que
se conecta a la red de C.A.
Bobinado secundario: Es la
parte del transformador por
la que se obtiene la tensión
transformada.
4. Características constructivas de
un transformador
Teniendo en cuenta todo lo
anterior, se construyen los
núcleos
del
tamaño más
apropiado,
mediante
un
conjunto
de
chapas
apiladas,
sujetas
posteriormente con tornillos.
El formato normal es el
denominado E-I compuesto por
chapas con estas formas. Otro
formato el T&U
El
carrete conteniendo el
bobinado se suele acoplar
siempre a la rama central de la
E.
El hilo conductor esta aislado
con una capa de esmalte.
La potencia del transformador
depende de la sección del hilo y
el tamaño del núcleo.
5. Funcionamiento de un transformador
1. Transformar una tensión
alterna en otra tensión
alterna de
diferente
magnitud.
Siendo
reversible.
2. El bobinado primario se
conecta directamente a la
red eléctrica.
3. Se
crea
un
campo
electromagnético
que
circula por el núcleo y que
llega hasta el bobinado
secundario.
4. En todo este proceso
se mantiene constante
la frecuencia original
de la red, 50 Hz, a
igual que cualquier
variación de la tensión
en el primario se
reflejarán
proporcionalmente en
el secundario.
5. Sus tres parámetros
son su tensión de
secundario,
su
potencia nominal y su
factor de regulación.
6. Tipos de transformadores
Transformador
reductor. La tensión
obtenida
en
el
secundario es inferior
que la tensión en el
primario. Se debe
cumplir
que
el
número de espiras del
primario N1 sea mayor
que las del secundario
N2.
7. Tipos de transformadores
Transformador
elevador. La tensión
obtenida
en
el
secundario es superior
que la tensión en el
primario. Se debe
cumplir que el número
de espiras del primario
N1, sea menor que las
del secundario N2.
8. Aislamiento eléctrico de un
Transformador
El aislamiento eléctrico entre devanados de un
transformador es muy importante:
1.
El aislamiento posee la
capacidad que tiene el
transformador
de
soportar
diferentes
tensiones altas, sobre
todo entre el primario y
secundario.
2.
La ventaja de disponer de
un buen aislamiento es la
protección y seguridad del
circuito
conectado
al
secundario, si el primario
se conecta a la red
eléctrica. Supone además
una seguridad para el
usuario.
9. Clasificación de los transformadores
Transformador de
alimentación
Transformador de alta
frecuencia
Transformador de
audiofrecuencia
11. TRANSFORMADOR IDEAL
TRANSFORMADOR DE
NUCLEO DE AIRE
Las pérdidas por la bobina, debido a las Los trasformadores reales tienen perdidas de
resistencias parásitas son iguales a cero.
bobinas porque poseen resistencias.
Toda la potencia producida por el primario se Poseen núcleos con corrientes parasitas y
transmite al secundario sin perdida.
perdidas que aumentan el calor.
Se
basan
primordialmente
en
los
componentes que integran el transformador
real o núcleo del aire y las perdidas por
calentamiento.
El flujo de la bobina primaria no es
completamente capturado por la secundaria,
por lo cual hay que tener en cuenta el flujo
de dispersión.
El acoplamiento entre la primaria y El grado de acoplamiento (inductancia
secundaria es más conveniente describir en mutua) entre los bobinados de un
términos de la inductancia mutua.
transformador de núcleo de aire es mucho
menor que el de un equivalente de núcleo de
La relación de tensiones de entrada y salida hierro del transformador.
es igual a la relación de números de espinas
de los bobinados.
Debido a las caídas de tensión internas, en el
transformador real en carga, la tensión del
secundario pierde su proporcionalidad
respecto de la del primario.
12. COMO SE REFIERE DEL PRIMARIO AL
SECUNDARIO
El transformador esta basado en los fenómenos de inducción
electromagnética. Consta de un núcleo de chapas magnéticas, al que
rodean dos devanados, denominados primarios y secundarios.
Al conectar el devanado primario a una red de c.a. se establece un
flujo alterno en el circuito magnético, que a su vez. Inducirá las fem en
el o los devanados secundarios.
El primario recibe la potencia de la red, por lo tanto se debe considerar
como un receptor o un consumidor. Por el contrario, el secundario se
une al circuito de utilización, donde se puede considerar como un
generador.
En resumen, el transformador es un aparato estático de inducción
electromagnética destinado a transformar un sistemas de corrientes
variables en otro o varios sistemas de corrientes, cuyas tensiones e
intensidades son generalmente diferentes aunque de la misma
frecuencia.
13. Relación de transformación Primaria y
Secundaria
Especificaciones:
Tensión primario
Tensión secundario
Corriente secundario
Potencia secundario
Las propiedades de transformación dependen casi por completo del número de espiras
del primario y el secundario y en el caso ideal, la relación entre la tensión obtenida en
el secundario o salida y el de entrada al primario será la relación entre el número de
espiras de ambos.
VP es el voltaje en el primario
VS es el voltaje en el secundario
NP es el número de vueltas en el primario
NS es el número de vueltas en el secundario
IP es la corriente en el primario
IS es la corriente en el secundario
Relaciones básicas:
VP
NP
IS
----- = ------ = -----VS
NS
IP
14. Flujo de Dispersión del Primario
Nota:
El flujo de la bobina primaria es común a la bobina secundaria
Flujo del secundario = 0
Flujo de dispersión = 0
15. Flujo de Dispersión del Secundario
Nota:
El flujo de la bobina primaria es común a la bobina secundaria
Flujo del secundario = 0
Flujo de dispersión = 0
16.
17. La inductancia mutua es un fenómeno básico para la operación del
transformador, un dispositivo eléctrico que se usa actualmente en casi
todos los campos de la ingeniería eléctrica. Este dispositivo es una parte
integral en los sistemas de distribución de potencia y se encuentra en
muchos circuitos electrónicos e instrumentos de medición.
Esta se presenta cuando dos bobinas se encuentran dentro del alcance
magnético, una de la otra, de tal modo que las líneas de fuerza se
enlazan con el devanado de la segunda, se llama acoplamiento, y si
todas las líneas de la una atraviesan a las vueltas del devanado de la
otra, tendremos un acoplamiento unitario. Pueden existir diversos
porcentajes de acoplamiento, debido a la posición mecánica de las
bobinas. el símbolo para la inductancia mutua es la letra M, su
unidad de medida es el Henry.
18. El transformador está formado por dos bobinas colocadas de modo
que el flujo cambiante que desarrolla una enlace a la otra, como se
aprecia en la figura.
Esto producirá un voltaje inducido a través de cada bobina. Para
diferenciar las bobinas, aplicaremos la convención de los
transformadores de que:
La bobina a la que se aplica la fuente de alimentación se
denomina el primario y la bobina a la que se aplica la carga se
conoce como el secundario.
Para el primario del transformador de la figura la aplicación de la
Ley de Faraday tendrá como resultado:
19. Lo que pone de manifiesto que el voltaje inducido a través del
primario es directamente proporcional al número de vueltas en el
primario y a la velocidad de cambio del flujo magnético que enlaza la
bobina primaria. O a partir de la ecuación:
Lo cual revela que el voltaje inducido a través del primario es
directamente proporcional a la inductancia del primario y a la velocidad
de cambio de la corriente a través del devanado primario.
La magnitud de es, el voltaje inducido a través del secundario, se
determina mediante
En donde Ns es el número de vueltas en el devanado secundario y
Om es la parte del flujo primario tetap que enlazar el devanado del
secundario. Si todo el flujo del primario enlaza el secundario, en tal
caso:
El coeficiente de acoplamiento entre dos bobinas se determina
mediante
20. Debido a que el nivel máximo de «1>m es «1>p, el coeficiente de
acoplamiento entre dos bobinas nunca puede ser mayor que l.
El coeficiente de acoplamiento entre varias bobinas aparece en la
figura. Observe que, para el núcleo de hierro, k se aproxima a 1,
mientras que para el núcleo de aire, k es considerablemente menor. Se
dice que las bobinas con bajos coeficientes de acoplamiento tienen un
acoplamiento débil.
Para el secundario, tenemos.
La inductancia mutua entre las dos bobinas de la figura
determina mediante
se
21. Observe en las ecuaciones anteriores que el símbolo para la
inductancia mutua es la letra M, y que su unidad de medida, al igual que
para la auto inductancia, es el Henry. En forma textual, las
ecuaciones plantean que
La inductancia mutua entre dos bobinas es proporcional al cambio
instantáneo en el flujo que enlaza a una bobina producido por un
cambio instantáneo en la corriente a través de la otra bobina.
En términos de la inductancia de cada bobina y el coeficiente de
acoplamiento, la inductancia mutua se determina mediante:
Entre más grande es el coeficiente de acoplamiento (enlaces de flujo
más grandes), o entre más grande es la inductancia de cualquier bobina,
m4s alta es la inductancia mutua entre las bobinas. Relacione este hecho
con las configuraciones.
El voltaje del secundario es
términos de la inductancia mutua
también
se
encuentra
en
22.
23. Convención de puntos
Si una corriente ENTRA
en la terminal punteada
de una bobina, la
polaridad de referencia
de la tensión mutua en
la segunda bobina es
positiva en la terminal
punteada de la segunda
bobina.
Si la corriente deja la
terminal punteada d3e
una
bobina,
la
polaridad
de
referencia
de
la
tensión mutua en la
segunda bobina es
negativa
en
la
terminal punteada de
la segunda bobina.
