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APUNTE: EL TRANSFORMADOR

Área de EET

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INDICE

El Transformador......... ……………………………………………………… Pág. 04Relaciones de Transformación para un Transformador Ideal…………… Pág. 05

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El Transformador

El transformador básico consiste de dos bobinas eléctricamente aisladas yenrolladas sobre un núcleo común. La energía eléctrica se transfiere de unabobina a otra por medio del acoplamiento magnético.

La bobina que recibe la energía de la fuente de corriente alterna se llamadevanado primario o bobinado primario.

La bobina que proporciona energía a una carga de corriente alterna se llamabobinado secundario.

El núcleo de los transformadores que se usan a bajas frecuencias, se hace con unmaterial magnético, usualmente acero silicoso laminado.

Los núcleos de transformadores que se usan en frecuencias altas se hacen dehierro pulverizado y cerámica o bien de materiales no magnéticos. Algunasbobinas se enrollan sencillamente sobre formas huecas no magnéticas (porejemplo cartón o plástico), de manera que el material del núcleo sea en realidad elaire.Si se supone que un transformador opera en condiciones ideales, la transferenciade 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 transformador para transferir energía eléctrica desde unbobinado primario a uno secundario, en forma de energía electromagnética,al inducirse en el bobinado secundario, una Fuerza Electromotriz (F.E.M.)”

Ya se indicó que en condiciones ideales un transformador debería transferircompletamente la energía del bobinado primario al bobinado secundario, pero enla práctica se producen diversas pérdidas en la transferencia de energía. Estaspérdidas son las siguientes:

Perdidas por Efecto Joule.- Son el producto de la resistencia del cobre, queaunque baja, produce una disipación de potencia en forma de calor.

Perdidas por Histéresis.- Estas pérdidas se producen por calentamiento delnúcleo y dependen de la frecuencia de la, variación de la intensidad del campo ydel 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 lamagnetización del núcleo al producir un aumento considerable de líneas en elflujo magnético.

Perdidas por Corrientes de Foucault.- Son corrientes en cortocircuito que seproducen en el núcleo del transformador, debido a que el campo electromagnéticoes variable e induce en éste una FEM, originando pequeñas corrientes en dichonúcleo, debido a que el hierro es un material conductor.

Los transformadores utilizados en equipos eléctricos, se clasifican de acuerdo conla tensión, potencia, corriente y frecuencia.

La aislación de un transformador puede ser destruida si se aplica en el primariouna tensión que exceda su régimen normal de trabajo, provocándose un cortocircuito entre sus espiras.

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Existen transformadores de potencia, empleados en transmisión de energíaeléctrica a grandes distancias; los transformadores de poder empleados enfuentes de alimentación de equipos; los transformadores de antena (usados enetapas 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 aquellostransformadores utilizados en equipos electrónicos. El siguiente esquema, ilustrael diagrama de un transformador:

Figura #1: Transformador, Diagrama esquemático

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 enla siguiente fórmula:

(Ecc. 1)

Devanado Secundario ( Bobina )

Devanado Primario ( Bobina )

V2V1

Núcleo de hierro

Alimentación de Ca.Carga

NN

VV

2

1

2

1 ?

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En donde:V1 = Voltaje en la bobina primaria

V2 = Voltaje en la bobina secundariaN1 = Número de espiras en bobinado primarioN2 = Número de espiras en bobinado secundario

El cociente V1 / V2 se llama “relación de voltaje (RV)” y el cociente N1/ N2se denomina “relación de vueltas (RN)”, con lo cual se obtiene: RV = RN

Una relación de voltaje 4: 1 ( cuatro a uno), significa que por cada 4 volts delprimario, existe un volt en el secundario. Esto aclaración es importante,cuando se desea especificar el tipo de transformador a utilizar o al cual sehace referencia.

b) Relación de Potencias:Cuando al arrollamiento secundario, se le conecta una carga, a través de éstacirculará una corriente y suponiendo que el transformador existe unatransferencia ideal (es decir K = 1), y no existen otras pérdidas en eltransformador, entonces la potencia del secundario (salida), es igual a lapotencia del bobinado primario (entrada), esto es:

(Ecc. 2)

c) Relación de Corrientes:Dado que P= V x I, entonces se tiene que V1 x I1 = V2 x I2, y considerando laEcc.1 se puede llagar a:

(Ecc. 3)

Con respecto al desarrollo completo de un transformador, deberán tenerse encuenta varios parámetros, como por ejemplo, potencia del núcleo deltransformador, rendimiento, espiras, sección de los conductores, corrientes en losbobinados, etc.

La relación que existe en el acoplamiento del flujo magnético originado en elbobinado primario, hacia el bobinado secundario, se conoce como “coeficientede acoplamiento” y para el caso de un núcleo de hierro silicoso laminado, es muyfuerte, cercana a la unidad, es decir existe una transferencia casi del 100 porciento. 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 voltajesecundario, comienza a ser menor la corriente secundaria. Para el caso de lostransformadores reductores, la tensión se reduce, pero aumenta su corriente.

Po = Pi

N1 x I1 = N2 x I2