Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción
El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente fundamentalmente en que cualquier variación de fluo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de fluo magnético! "a primera #bobina de inducción# fue inventada por el sacerdote $icholas %oseph &allan en la 'niversidad de Maynooth en (rlanda en 183)! &allan fue uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas m*s espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, primario, m*s grande es es el aumento de de la tensión eléctrica! eléctrica! "os cient+ficos e investigadores basaron sus esfueros en evolucionar las bobinas de inducción para obtener mayores tensiones en las bater+as! En lugar lugar de corriente alterna -&./, su acción acción se basó en en un #do0brea# mecanismo mecanismo vibrador que regularmente interrump+a interrump+a el fluo de la corriente directa -2&/ de las bater+as! Entre la década de 183 y la década de 184, los esfueros para construir meores bobinas de inducción, en su mayor+a por ensayo y error, reveló lentamente lentamente los principios b*sicos de los transformadores! 'n dise5o pr*ctico y efica no apareció hasta la década de 188, pero dentro de un decenio, el transformador transformador ser+a ser+a un papel decisivo decisivo en la 67uerra de de las &orrientes, &orrientes, y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfaron sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que mantienen desde entonces! En 184), el ingeniero ruso 9avel :ablochov inventó :ablochov inventó un sistema de iluminación basado en un conunto de bobinas de inducción en el cual el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios pod+an conectarse a varias l*mparas de arco, de su propio dise5o! "as bobinas utiliadas en el sistema se comportaban como transformadores transformadores primitivos! "a patente alegó que que el sistema podr+a, 6proporcionar 6proporcionar suministro suministro por separado a varios varios puntos de iluminación iluminación con diferentes diferentes intensidades intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energ+a eléctrica! En 1848, los ingenieros de la empresa 7an en ;ungr+a asignaron parte de sus recursos de ingenier+a para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica eléctrica para .ustria y ;ungr+a! En 1883, realiaron m*s de cincuenta instalaciones para dicho fin! on 7ibbs e>pusieron por primera ve un dispositivo con un n?cleo de hierro llamado #generador secundario# en "ondres, luego vendieron la idea a la compa5+a estadounidense @estinghouse Electric! Electric ! Aambién este sistema fue e>puesto en Aur+n, (talia en 188B, donde fue adoptado para el sistema de alumbrado eléctrico! El nacimiento del primer transformador
Entre 188B y 188C, los ingenieros h?ngaros D*roly ipernosy, ipernosy,
donde Vs es la tensión en el secundario y Ns es el n?mero de espiras en el secundarioI Vp y Np se corresponden al primario! Ju solicitud de patente hio el primer uso de la palabra transformador , que hab+a sido acu5ada por Gl*thy
Aransformador de tres fases! El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energ+a eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 188) en 7reat Garington, Massachussets, en los Estados 'nidos de .mérica! En ese mismo a5o, la electricidad se transmitió a =! voltios en corriente alterna a una distancia de 3 ilómetros, en una l+nea construida en &erchi, (talia! . partir de esta peque5a aplicación inicial, la industria eléctrica en el mundo ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador! El aparato que aqu+ se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Luhmorff o carrete de Luhmorff, que consist+a en dos bobinas concéntricas! . una bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una bater+a, conmutada por medio de un ruptor movido por el magnetismo generado en un n?cleo de hierro central por la propia energ+a de la bater+a! El campo magnético as+ creado variaba al comp*s de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con muchas m*s espiras, se induc+a una corriente de escaso valor pero con una fuera eléctrica capa de saltar entre las puntas de un chispómetro conectado a sus e>tremos! Aambién da origen a las antiguas bobinas de ignición del automóvil Ford A, que pose+a una por cada bu+a, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta! Transformador trifásico
2iagrama fasorial de un transformador trif*sico con cone>ionado 2yC! "os transformadores trif*sicos son muy importantes ya que est*n presentes en muchas partes del sistema eléctrico! Este tipo de transformadores se ocupa de la elevación y reducción de la tensión en diversas partes del sistema eléctricoH En generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, as+ como también en las l+neas de transmisión y, por ?ltimo, en distribución en donde se distribuye la energ+a eléctrica a voltaes menores hacia casas, comercios e industrias! Aodos los transformadores desde el generador hasta la entrada a nuestros hogares o industrias son transformadores trif*sicos! 'n transformador trif*sico consta de tres fases desplaadas en 1= grados eléctricos, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud! 'na fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna! "as diferentes formas de cone>ión de los bobinados trif*sicos de un transformador, recibe el nombre de grupo de cone>ionado! .dem*s de identificar las cone>iones de los bobinados primario y secundario -estrella, tri*ngulo o igag/, el grupo de cone>ionado indica el desfasae entre las tensiones de l+nea primaria y secundaria, de los sistemas trif*sicos vinculados por el transformador! "os grupos de cone>ionado m*s com?nmente utiliados en la distribución de energ+a eléctrica son 2yC -primario en tri*ngulo, secundario en estrella, desfasae 1C grados/ y 2y11 -tri*ngulo, estrella, 33 grados/, :y -estrella, estrella, grados/, :d11 -estrella, tri*ngulo, 33 grados/, entre otros! El concepto pr*ctico de grupo de cone>ionado adquiere relevancia para realiar una operación segura, durante la puesta en paralelo de transformadores! Componentes El núcleo
El n?cleo est* formado por varias chapas u hoas de metal -generalmente material ferromagnético/ que est*n apiladas una unto a la otra, sin soldar, similar a las hoas de un libro! "a función del n?cleo es mantener el fluo magnético confinado dentro de él y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el n?cleo y reduciendo la eficiencia! "a configuración por laminas del n?cleo laminado se realia para evitar las corrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre laminas, indeseadas pues favorecen las perdidas! Bobinas
"as bobinas son simplemente alambres generalmente de cobre enrollado en las piernas del n?cleo! Jeg?n el n?mero de espiras -vueltas/ alrededor de una pierna inducir* un voltae mayor! Je uega entonces con el n?mero de vueltas en el primario versus las del secundario! En un transformador trif*sico el n?mero de vueltas del primario y secundario deber+a ser igual para todas las fases! Cambiador de taps
El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mec*nico que puede ser girado manualmente para cambiar la raón de transformación en un transformador, t+picamente, son C pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la raón en m*s o menos el CN! 9or eemplo esto ayuda a subir el voltae en el secundario para meorar un voltae muy bao en alguna barra del sistema! elé de sobrepresión
Es un dispositivo mec*nico que nivela el aumento de presión del transformador que pueden hacerlo e>plotar! Jin embargo e>isten varios equipos que e>plotan a pesar de tener este dispositivo! E>isten el relé de presión s?bita para presiones transitorias y el relé de sobrepresión para presiones m*s permanentes! Tablero de control
&ontiene las cone>iones eléctricas para el control, relés de protección eléctrica, se5ales de control de v*lvulas de sobrepresión hacia dispositivos de protección! Confi!uraciones
"as bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o A! Je pueden hacer transformadores trif*sicos de tres formas distintasH 1! &onectando tres transformadores monof*sicos =! $?cleo tipo acoraado 3! Aransformador tipo n?cleo! Clases de "entilación
;ay diferentes tipos de ventilación en un transformador! "a ventilación puede ser porH •
&onvección natural -$/!
•
Oentilación forada -F/!
El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tiposH •
.ceite -< del inglés Oil /!
•
.gua -@, del inglés Water /!
•
7as -7/!
"a nomenclatura que designa la ventilación es del tipo P:P:, donde P indica el tipo de refrigerante, y el : la ventilación usada! Jeg?n esto e>istenH •
<$.$
•
<$.F
•
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•
se!ún sus aplicaciones Transformador ele"ador#reductor de tensión
'n transformador con 9&G, como refrigerante Jon empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energ+a eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto %oule! 2ebido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energ+a eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utiliación! "a mayor+a de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan! Este es el caso de las fuentes de alimentación de equipos de audio, video y computación! Transformadores "ariables
Aambién llamados #Oariacs#, toman una l+nea de tensión fia -en la entrada/ y proveen de tensión de salida variable austable, dentro de dos valores! Transformador de aislamiento
9roporciona aislamiento galv*nico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o se5al #flotante#! Juele tener una relación 1H1 entre las tensiones del primario y secundario! Je utilia principalmente como medida de protección, en equipos que trabaan directamente con la tensión de red y también para acoplar se5ales procedentes de sensores leanos, en equipos de electromedicina y donde se necesitan tensiones flotantes! Transformador de alimentación
9ueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo! . veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcana una temperatura e>cesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio! Estos fusibles no suelen ser reemplaables, de modo que hay que sustituir todo el transformador!
Aransformador trif*sico! &one>ión estrellatri*ngulo! Aransformador Flybac moderno!
Aransformador diferencial de variación lineal -"O2A/! Transformador trifásico
Aienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario! 9ueden adoptar forma de estrella - $/ -con hilo de neutro o no/ o delta tri*ngulo - %/ y las combinaciones entre ellasH %&%, %&$, $&% y $&$! ;ay que tener en cuenta que a?n con relaciones 1H1, al pasar de Q a : o viceversa, las tensiones de fase var+an! 1! 2elta estrellaH Je usa especialmente en distribución -baa tensión/ con delta en alta y estrella en baa con neutro accesible! Esto permite que la onda sinusoidal de tercera armónica se mantenga circulando por la delta, pero no se transmita a las estrella! Transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy r*pida -baa autoinducción/ destinado a funcionar en régimen de pulsos! Ju principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como J&L, triacs, etc! logrando un aislamiento galv*nico entre las etapas de mando y potencia! Transformador de l'nea o Flyback
.rt+culo principalH Transformador Flyback Es un caso particular de transformador de pulsos! Je emplea en los tele"isores con TC -&LA/ para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de defle>ión horiontal! Juelen ser peque5os y económicos! .dem*s suele proporcionar otras tensiones para el tubo -foco, filamento, etc!/! .dem*s de poseer una respuesta en frecuencia m*s alta que muchos transformadores, tiene la caracter+stica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios! Transformador diferencial de "ariación lineal
.rt+culo principalH Transformador diferencial de variación lineal El transformador diferencial de "ariación lineal -"O2A seg?n sus siglas en inglés/ es un tipo de transformador eléctrico utiliado para medir desplaamientos lineales! El transformador posee tres bobinas dispuestas e>tremo con e>tremo alrededor de un tubo! "a bobina central es el devanado primario y las e>ternas son los secundarios! 'n centro ferromagnético de forma cil+ndrica, sueto al obeto cuya posición desea ser medida, se deslia con respecto al ee del tubo! "os "O2A son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición autom*tica en herramientas y muchos otros usos industriales y cient+ficos! Transformador con diodo di"idido
Es un tipo de transformador de l+nea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de M.A directamente al tubo! Je llama diodo dividido porque est* formado por varios diodos m*s peque5os repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baa! "a salida del transformador va directamente al *nodo del tubo, sin diodo ni triplicador! Transformador de impedancia
Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y l+neas de transmisión -taretas de red, teléfonos, etc!/ y era imprescindible en los amplificadores de v*lvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baa de los altavoces!
Ji se coloca en el secundario una impedancia de valor , y llamamos n a Ns#Np , como (s)&(p#n * Es)Ep+n, la impedancia "ista desde el primario será Ep#(p ) &Es#n-(s ) .#n- ! .s+, hemos conseguido transformar una impedancia de valor . en otra de .#n-! &olocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n-! Estabili/ador de tensión
Es un tipo especial de transformador en el que el n?cleo se satura cuando la tensión en el primario e>cede su valor nominal! Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas! Aen+a una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red! Este tipo de transformador ha ca+do en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baa eficiencia energética! Transformador 0'brido o bobina 0'brida
Es un transformador que funciona como una h+brida! 2e aplicación en los teléfonos, taretas de red, etc! Balun
Es muy utiliado como balun para transformar l+neas equilibradas en no equilibradas y viceversa! "a l+nea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador! Transformador electrónico
Est* compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir dr*sticamente su tama5o! Aambién pueden formar parte de circuitos m*s compleos que mantienen la tensión de salida en un valor prefiado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada! Transformador de frecuencia "ariable
Jon peque5os transformadores de n?cleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias! Je utilian a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control! Transformadores de medida
Entre los transformadores con fines especiales, los m*s importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente! "os transformadores de medida a+slan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normaliación en la construcción de contadores, instrumentos y relés! Ares transformadores de corrienteH 2e iquierda a derechaH 2e 1CRC.mperes, =RC.mperes, 3RC.mperes 1e!ún su construcción
9eque5o transformador con n?cleo toroidal! Aransformador de grano orientado! 2utotransformador
.rt+culo principalH Autotransformador El primario y el secundario del transformador est*n conectados en serie, constituyendo un bobinado ?nico! 9esa menos y es m*s barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir == O a 1=C O y viceversa y en otras aplicaciones similares! Aiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galv*nico entre el primario y el secundario!
Transformador con núcleo toroidal o en"ol"ente
El n?cleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario! Jon m*s voluminosos, pero el fluo magnético queda confinado en el n?cleo, teniendo fluos de dispersión muy reducidos y baas pérdidas por corrientes de Foucault! Transformador de !rano orientado
El n?cleo est* formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre s+ misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las l*minas de hierro dulce separadas habituales! 9resenta pérdidas muy reducidas pero es caro! "a chapa de hierro de grano orientado puede ser también utiliada en transformadores orientados -chapa en E/, reduciendo sus pérdidas! Bobina de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin n?cleo o con un peque5o cilindro de ferrita que se introduce m*s o menos en el carrete, para austar su inductancia! Transformador de núcleo en"ol"ente
Est*n provistos de n?cleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados! Evitan los fluos de dispersión! Transformador pie/oeléctrico
9ara ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no est*n basados en el fluo magnético para transportar la energ+a entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mec*nicas en un cristal pieoeléctrico! Aienen la ventaa de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas! Je usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las l*mparas fluorescentes de los monitores de led y AFA usados en computación y en televisión!
