Carlos Suros Transformadores
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Participante Suros Carlos C.I.Nº 18525637 Transformadores
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Participante
Suros Carlos C.I.Nº 18525637
Transformadores
El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que
entrega a su salida.
Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor.
Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y 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.
La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna
Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro,
el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.
Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje.
En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor)
La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si
el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje. La fórmula:
Entonces: Vs = Ns x Vp / Np
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Si se supone
que el transformador es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las
perdidas por calor y otras), entonces:
Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps
Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula.
Potencia = voltaje x corriente
P = V x I (en watts)
Aplicando este concepto al transformador y como
P(bobinado pri) = P(bobinado sec)
Entonces:
La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando el voltaje se eleve, la corriente se
disminuya en la misma proporción y viceversa. Entonces:
Así, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:
Ip(la corriente en el primario).
Np (espiras en el primario)
Ns (espiras en el secundario).
se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns
Principios de inducción electromagnética.
La electricidad magnetismo en un electroimán, que es distinto de un imán permanente, y que el Campo magnético se produce sólo cuando las espiras de alambre arrolladas alrededor del núcleo magnético, transportan corriente eléctrica. Para determinar la polaridad de un electroimán se puede usar la llamada regla de la mano izquierda.
Principio de funcionamiento del transformador.
El principio de funcionamiento del transformador, se puede explicar por medio del llamado transformador ideal monofásico, es decir, una máquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica.
A reserva de estudios con mayor detalle, la construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre de cuyas columnas o piernas se localizando devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente asilado entre sí.
El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente contante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador,
solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambio continuamente.
El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en al bobina. La corriente, a través de la bobina, varía en magnitud con el tiempo, y por lo tanto, el flujo producido por esta corriente, varia también en magnitud con el tiempo.
Regulación del transformador.
La regulación de un transformador se define como al diferencia entre los voltajes secundarios en vacío y a plena
carga, medidos en terminales, expresada esta diferencia como un porcentaje del voltaje a plena carga. Para el
cálculo del voltaje en vacío se debe tomar en consideración el factor de potencia de la carga.
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético 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).
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.
La representación esquemática del transformador es la siguiente:
La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.
- Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro
- Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético
circulará a través de las espiras de éste.
- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del
secundario un voltaje Habría una corriente si hay una carga (el secundario está conectado a una
resistencia por ejemplo)
La razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del
número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en
el secundario habrá el triple de voltaje.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza
electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de
espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado.
El transformador de núcleo.
Descripción:
Los devanados rodean al núcleo. Éste está constituido por láminas rectangulares o en forma de L que se
ensamblan y solapan alternativamente en capas adyacentes.
En los transformadores trifásico de núcleo hay tres núcleos unidos por sus partes superior e inferior mediante un
yugo y sobre cada núcleo se devanan el primario y el secundario de cada fase. Este dispositivo es posible porque,
en todo momento, la suma de los flujos es nula. Invirtiendo las conexiones de las bobinas centrales en el
transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos entre las ventanas es igual al valor que se
obtendría sin invertir las conexiones, divididas por raíz de 3. El transformador trifásico mas compacto y ligero que
los tres transformadores monofásicos equivalentes, pero disminuye la flexibilidad del sistema. En un auto
transformador, parte del devanado es común a primario y secundario. Tan solo se transforma una parte de la
potencia, yendo la restante de la carga por conducción. Cuando la razón de transformación es próxima ala unidad o
es pequeña, se ahorra mucho material y pérdidas adoptando este sistema en vez del transformador clásico
aparente.
Un transformador ideal es un artefacto sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida.
Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro
de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia
TRANSFORMADOR NÚCLEO DE AIRE TRANSFORMADOR DIODO
Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Los primeros dispositivos de
este tipo fueron los diodos de tubo de vacío, que consistían en un receptáculo de vidrio o de acero al vacío que
contenía dos electrodos: un cátodo y un ánodo. Ya que los electrones pueden fluir en un solo sentido, desde el
cátodo hacia el ánodo, el diodo de tubo de vacío se podía utilizar en la rectificación. Los diodos más empleados
en los circuitos electrónicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor. El más sencillo, el
diodo con punto de contacto de germanio, se creó en los primeros días de la radio, cuando la señal radiofónica
se detectaba mediante un cristal de germanio y un cable fino terminado en punta y apoyado sobre él. En los
diodos de germanio (o de silicio) modernos, el cable y una minúscula placa de cristal van montados dentro de un
pequeño tubo de vidrio y conectados a dos cables que se sueldan a los extremos del tubo.
Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
Transformador piezoeléctrico
Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.
Según el tipo de Núcleo
Los transformadores trifásicos pueden ser construidos mediante la unión de 3 transformadores monofásicos conocido como los bancos de transformadores. Este tipo de conexión seria muy útil en el caso de que se desee tener un transformador monofásico de repuesto para los casos de averías, pero la realidad es que los transformadores trifásicos resultan más económicos, es decir, un transformador trifásico es más barato que tres transformadores monofásicos. Además, esta la relación de tamaño, un único transformador trifásico siempre será más pequeño que un banco de transformadores monofásicos. Según el tipo de núcleo se mocionará los 3 siguiente transformadores.
donde
Inductancia Mutua
Como se verá a continuación, la inductancia (mutua y autoinductancia) es una característica de los circuitos que depende de la geometría de los
mismos. Sean dos circuitos arbitrarios descritos por las curva γ1 y γ2 por donde circulan corrientes I1 y I2, respectivamente. De ahora en más el
subíndice 1 representa magnitudes correspondientes circuito 1 y análogamente para el circuito 2. En virtud de la Ley de Faraday se tiene
es el campo eléctrico y es el campo magnético en el circuito 1. Si ahora se toma el flujo a través del área encerradaS1 por el
circuito 1,
y usando el Teorema de Stokes para la integral del lado izquierdo se obtiene la fem para el circuito 1:
Es conveniente usar que ,
donde es el potencial vectorial para reescribir lo
anterior como
En este punto se debe hacer una simplificación: se supondrá que el circuito no cambia en el tiempo, con
lo cual la derivada parcial puede salir fuera de la integral. Esto permite entonces aplicar nuevamente el
Teorema de Stokes. Matemáticamente:
