TRANSFORMADORES

QUE ES UN TRANSFORMADOR?• Un transformador es un dispositivo eléctrico construido a partir de dos

bobinas de alambre (devanados) acopladas magnéticamente entre sí, de modo que existe inductancia mutua para la transferencia de potencia de un devanado al otro.

• Una bobina se llama devanado primario y la otra devanado secundario.

• El devanado primario es el devanado de entrada y el secundario es el devanado de salida.

• Es común referirse al lado del transformador que tiene la fuente de voltaje como primario y al lado que tiene el voltaje inducido como secundario.

RELACIÓN DE VUELTAS• Un parámetro de transformador que es útil para entender cómo funciona

un transformador es la relación de vueltas. • La relación de vueltas se define como la relación del número de vueltas

que hay en el devanado secundario al número de vueltas presentes en el devanado primario.

• La relación de vueltas de un transformador rara vez, si es que ocurre en alguna ocasión, se da como especificación de transformador.

DIRECCIÓN DE LOS DEVANADOS

• Otro parámetro de un transformador es la dirección en la cual se colocan los devanados alrededor del núcleo.

• El sentido de los devanados determina la polaridad del voltaje a través del devanado secundario (voltaje secundario) con respecto al voltaje del devanado primario (voltaje primario).

• Los voltajes primario y secundario están en fase cuando los devanados están en la misma dirección efectiva alrededor de la trayectoria magnética.

• Los voltajes primario y secundario están desfasados en 180° cuando los devanados tienen dirección opuesta.

TRANSFORMADORES ELEVADORES

• Un transformador elevador tiene más vueltas en su devanado secundario que en el primario y se utiliza para incrementar voltaje de CA.

• Un transformador donde el voltaje secundario es más grande que el voltaje primario se llama transformador elevador. La cantidad en que se eleva el voltaje depende de la relación de vueltas.

• La relación del voltaje secundario al voltaje primario es igual a la relación del número de vueltas presente en el devanado secundario al número de vueltas que haya en el devanado primario.

TRANSFORMADORES REDUCTORES

• Un transformador reductor tiene más vueltas en su devanado primario que en el secundario y se utiliza para reducir voltaje de CA.

• Un transformador donde el voltaje secundario es menor que el voltaje primario se llama transformador reductor.

• La relación de vueltas de un transformador reductor siempre es menor que 1 porque el número de vueltas en el devanado secundario siempre es menor que el número de vueltas en el devanado primario.

AISLAMIENTO DE CD• Si a través del primario de un transformador fluye corriente directa, en el

secundario no sucede nada. • La razón es que se requiere de corriente variante en el tiempo en el

devanado primario para inducir voltaje en el devanado secundario• Por consiguiente, el transformador aísla el circuito secundario de

cualquier voltaje de cd presente en el circuito primario. • Un transformador que se utiliza estrictamente para aislamiento tiene una

relación de vueltas de 1.

CARGA DEL DEVANADO SECUNDARIO

• Cuando se conecta un resistor de carga al devanado secundario fluye corriente a través del circuito secundario resultante a causa del voltaje inducido en la bobina secundaria. Es posible demostrar que la relación de la corriente primaria a la corriente secundaria es igual a la relación de vueltas

• Para un transformador elevador, donde n es mayor que 1, la corriente en el secundario es menor que en el primario.

• Para un transformador reductor, n es menor que 1 e I secundaria es mayor que I primaria.

• Cuando el voltaje en el secundario es mayor que en el primario, la corriente en el secundario es menor que en el primario, y viceversa.

CARGA REFLEJADA• La carga (RL) en el secundario de un transformador se refleja en el

primario a causa de la acción del transformador. La carga aparece ante la fuente en el primario como si fuera una resistencia (Rpri) con un valor determinado por la relación de vueltas y el valor real de resistencia de la carga. La resistencia Rpri se llama resistencia reflejada.

• En un transformador elevador, la resistencia reflejada es menor que la resistencia real de la carga; en un transformador reductor, la resistencia reflejada es mayor que la resistencia de la carga

IGUALACIÓN DE IMPEDANCIA• Impedancia es la oposición a la corriente, incluidos los efectos combinados tanto de

resistencia como de reactancia. • Algo de resistencia interna fija siempre está presente en todas las fuentes debido a sus

circuitos internos o a su configuración física. Cuando la fuente se conecta directamente a una carga, por regla general, el objetivo es transferir tanta potencia producida por la fuente a la carga como sea posible. Sin embargo, cierta cantidad de la potencia producida por la fuente se disipa en su resistencia interna y la potencia restante se va a la carga.

• En muchos casos, la resistencia de un dispositivo que actúa como carga es fija y no puede ser alterada. Si usted tiene que conectar una fuente dada a una carga dada, recuerde que sólo por casualidad sus resistencias resultarán iguales. En esta situación, un tipo especial de transformador de banda ancha resulta muy útil. Se puede utilizar la característica de resistencia reflejada provista por un transformador para hacer que la resistencia de la carga parezca tener el mismo valor que la resistencia de la fuente. Esta técnica se denomina igualación de impedancia, y el transformador se llama transformador de igualación de impedancia porque también transforma reactancias tanto como resistencias.

RESISTENCIA DE DEVANADO

• Tanto el devanado primario como el secundario de un transformador práctico tienen resistencia de devanado.

• Las resistencias de devanado de un transformador práctico se representan como resistores en serie con los devanados dispuestos.

• En un transformador, la resistencia de devanado resulta en menos voltaje a través de una carga secundaria. Las caídas de voltaje provocadas por la resistencia de devanado se sustraen efectivamente de los voltajes primario y secundario, y producen un voltaje de carga que es menor al pronosticado por la relación Vsec=Vpri.

PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO

• Siempre hay algo de conversión de energía en el material del núcleo de un transformador práctico.

• Esta conversión aparece como calentamiento de los núcleos de ferrita y hierro, pero no ocurre en núcleos de aire. Una parte de esta conversión de energía tiene lugar a causa de la inversión continua del campo magnético provocada por la dirección cambiante de la corriente en el primario; este componente de la conversión de energía se conoce como pérdida por histéresis.

• El resto de la conversión de energía en calor se debe a corrientes parásitas producidas cuando se induce voltaje en el material del núcleo mediante el flujo magnético cambiante, de acuerdo con la ley de Faraday.

DISPERSIÓN DEL FLUJO MAGNÉTICO

• En un transformador ideal, se supone que todo el flujo magnético producido por la corriente primaria pasa por el núcleo hacia el devanado secundario, y viceversa.

• En un transformador práctico, algunas de las líneas de flujo magnético se escapan del núcleo y pasan a través del aire circundante de regreso al otro extremo del devanado

• La dispersión del flujo magnético da por resultado un voltaje secundario reducido.

CAPACITANCIA DE DEVANADO

• Las capacitancias parásitas tienen muy poco efecto en la operación del transformador a bajas frecuencias (tal como a frecuencias de línea de potencia) porque las reactancias (XC) son muy altas.

• Sin embargo, a frecuencias más altas, las reactancias disminuyen y comienzan a producir un efecto de desvío a través del devanado primario y de la carga secundaria.

• Por consiguiente, menos de la corriente primaria total pasa por el devanado primario, y menos de la corriente secundaria total pasa a través de la carga.

• Este efecto reduce el voltaje en la carga conforme se eleva la frecuencia.

EFICIENCIA DE UN TRANSFORMADOR

• En un transformador ideal, la potencia suministrada a la carga es igual a la potencia suministrada al primario.

• Como las características no ideales que se acaban de analizar provocan pérdida de potencia en el transformador, la potencia secundaria (salida) siempre es menor que la potencia en el primario (entrada).

• La eficiencia (h) de un transformador mide el porcentaje de la potencia de entrada que se suministra a la salida.

TRANSFORMADORES CON TOMAS

• Los voltajes entre uno u otro extremo del devanado secundario y la toma central son, en cualquier instante, iguales en magnitud pero opuestos en polaridad.

• Por ejemplo, en algún instante en el voltaje sinusoidal, la polaridad a través de todo el devanado secundario es como se muestra (extremo superior , inferior ). En la toma central, el voltaje es menos positivo que en el extremo superior, pero más positivo que en el extremo inferior del secundario.

• Por consiguiente, medido con respecto a la toma central, el extremo superior del secundario es positivo y el inferior es negativo.

TRANSFORMADORES DEVANADOS MÚLTIPLES

• Algunos transformadores están diseñados para operar con líneas de 110 o 220 V de ca. Estos transformadores, en general, tienen dos devanados primarios, cada uno de los cuales está diseñado para 110 V de ca.

• Cuando los dos devanados están conectados en serie, el transformador se puede utilizar para operación de 220 V de ca.

• Más de un secundario puede ser enrollado sobre un núcleo común. Amenudo se utilizan transformadores con varios devanados secundarios para lograr diversos voltajes elevando o reduciendo el voltaje primario.

• Estos tipos se utilizan comúnmente en aplicaciones de fuente de potencia donde se requieren varios niveles de voltaje para la operación de un instrumento electrónico.

AUTOTRANSFORMADORES• En un autotransformador, un devanado sirve como primario y como

secundario. El devanado tiene tomas en los puntos apropiados para lograr la relación de vueltas deseada y elevar o reducir el voltaje.

• Los autotransformadores difieren de los transformadores convencionales en que no existe aislamiento eléctrico entre el primario y el secundario, porque ambos se encuentran en un solo devanado.

• Los autotransformadores normalmente son más pequeños y livianos que los transformadores convencionales equivalentes, ya que requieren un valor de kVA mucho más bajo para una carga dada.

• Muchos autotransformadores tienen una toma ajustable que utiliza un mecanismo de contacto deslizante de modo que el voltaje de salida pueda ser variado