APUNTE: EL TRANSFORMADOR
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INDICE El Transformador......... ……………………………………………………… Pág. 04 Relaciones de Transformación para un Transformador Ideal…………… Pág. 05
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El Transformador El transformador básico consiste de dos bobinas eléctricamente aisladas y enrolladas sobre un núcleo común. La energía eléctrica se transfiere de una bobina a otra por medio del acoplamiento magnético. La bobina que recibe la energía de la fuente de corriente alterna se llama devanado primario o bobinado primario. La bobina que proporciona energía a una carga de corriente alterna se llama
bobinado secundario.
El núcleo de los transformadores que se usan a bajas frecuencias, se hace con un material magnético, usualmente acero silicoso laminado. Los núcleos de transformadores que se usan en frecuencias altas se hacen de hierro pulverizado y cerámica o bien de materiales no magnéticos. Algunas bobinas se enrollan sencillamente sobre formas huecas no magnéticas (por ejemplo cartón o plástico), de manera que el material del núcleo sea en realidad el aire. Si se supone que un transformador opera en condiciones ideales, la transferencia de la energía de un voltaje al otro no va acompañada por pérdidas. El principio de funcionamiento es la inducción mutua que se define como la
“propiedad de un transfor mador para transferir energ ía eléctrica des de un bobinado primari o a uno secundari o, en forma de energ ía electromag nética, al inducirs e en el bobinado s ecundario, una Fuerza E lectromotriz (F .E .M.)” Ya se indicó que en condiciones ideales un transformador debería transferir completamente la energía del bobinado primario al bobinado secundario, pero en la práctica se producen diversas pérdidas en la transferencia de energía. Estas pérdidas son las siguientes:
Perdidas por Efecto Joule.- Son el producto de la resistencia del cobre, que aunque baja, produce una disipación de potencia en forma de calor.
Perdidas por Histéresis.- Estas pérdidas se producen por calentamiento del núcleo y dependen de la frecuencia de la, variación de la intensidad del campo y del aumento de la inducción magnética.
Perdidas por Saturación.-
En un transformador se producen estas pérdidas, cuando la intensidad de corriente no produce un aumento considerable en la magnetización del núcleo al producir un aumento considerable de líneas en el flujo magnético.
Perdidas por Corrientes de Foucault.-
Son corrientes en cortocircuito que se producen en el núcleo del transformador, debido a que el campo electromagnético es variable e induce en éste una FEM, originando pequeñas corrientes en dicho núcleo, debido a que el hierro es un material conductor. Los transformadores utilizados en equipos eléctricos, se clasifican de acuerdo con la tensión, potencia, corriente y frecuencia. La aislación de un transformador puede ser destruida si se aplica en el primario una tensión que exceda su régimen normal de trabajo, provocándose un corto circuito entre sus espiras.
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Existen transformadores de potencia, empleados en tra nsmisión de energía eléctrica a grandes distancias; los transformadores de poder empleados en fuentes de alimentación de equipos; los transformadores de antena (usados en etapas de sintonía); los adaptadores de impedancias; los transformadores de F.I.; los transformadores inversores de fase o drivers; los transformadores de audio, etc. Básicamente, nos remitiremos a los transformadores de poder, es decir aquellos transformadores utilizados en equipos electrónicos. El siguiente esquema, ilustra el diagrama de un transformador:
Figura #1: Transformador, Diagrama esquemático Devanado Primario ( Bobina )
Devanado Secundario ( Bobina )
Alimentación de Ca.
V2
V1
Carga
Núcleo de hierro
Figura #2: Transformador, Diagrama físico Relaciones de Transformación para un Transformador Ideal: a) Relación de Voltajes: El voltaje en las bobinas de un transformador, es directamente proporcional al número de vueltas (espiras) de cada una de ellas. Esta relación se expresa en la siguiente fórmula:
V 1 V 2
?
N 1 N 2
(Ecc. 1)
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En donde: V1 V2 N1 N2
= = = =
Voltaje en la bobina primaria Voltaje en la bobina secundaria Número de espiras en bobinado primario Número de espiras en bobinado secundario
El cociente V1 / V2 se llama “relaci ón de voltaje (R V) ” y el cociente N1 / N2 se denomina “ relaci ón de vueltas (R N) ”, con lo cual se obtiene: RV = RN Una relación de voltaje 4: 1 ( cuatro a uno), significa que por cada 4 volts del primario, existe un volt en el secundario. Esto aclaración es importante, cuando se desea especificar el tipo de transformador a utilizar o al cual se hace referencia. b) Relación de Potencias: Cuando al arrollamiento secundario, se le conecta una carga, a través de ésta circulará una corriente y suponiendo que el transformador existe una transferencia ideal (es decir K = 1), y no existen otras pérdidas en el transformador, entonces la potencia del secun dario (salida), es igual a la potencia del bobinado primario (entrada), esto es:
Po = Pi (Ecc. 2) c) Relación de Corrientes: Dado que P= V x I, entonces se tiene que V1 x I1 = V2 x I2, y considerando la Ecc.1 se puede llagar a:
N1 x I1 = N2 x I2 (Ecc. 3) Con respecto al desarrollo completo de un transformador, deberán tenerse en cuenta varios parámetros, como por ejemplo, potencia del núcleo del transformador, rendimiento, espiras, sección de los conductores, corrientes en los bobinados, etc. La relación que existe en el acoplamiento del flujo magnético originado en el bobinado primario, hacia el bobinado secundario, se conoce como “ coeficiente de acoplamiento ” y para el caso de un núcleo de hierro silicoso laminado, es muy fuerte, cercana a la unidad, es decir existe una transferencia casi del 100 por ciento. Esto significa que todo el flujo producido en el arrollamiento primario (N1), atraviesa el bobinado secundario (N2). Aplicando las ecuaciones, se obtiene que a medida que aumenta el voltaje secundario, comienza a ser menor la corriente secundaria. Para el caso de los transformadores reductores, la tensión se reduce, pero aumenta su corriente.
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