Introducción a los Transformadores

Ley de Faraday:La ley de Faraday de inducción establece “el voltaje (FEM, fuerza electromotriz inducida) inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético por unidad de tiempo en una superficie cualquiera. [1]

εH=−N HdΦdt

Transformadores: [2]

Definición: un transformador es un dispositivo electromagnético transmisor de potencia eléctrica en la modalidad de corriente alterna. Usualmente, esta potencia la recibe a ciertos valores de sus componentes:

P=V H I Hcos∅

Los cuales cambia (o transforma como lo indica su nombre) para entregarlos como:

P=V x I xcos∅

Figura 1: diagrama a bloques del transformador ideal

En una transformación ideal, se supone que tanto la potencia P como el factor de potencia cos∅ no se alteran, de modo que los valores de entrada y salida son los mismos. Sin embargo, un transformador real, tiene perdidas, de modo que los valores de salida difieren ligeramente de los de entrada.

Se acostumbra usar la letra H para referirse al lado de mayor voltaje, al que se llama lado de alto voltaje o de alta tensión, y la letra X para el lado de menor voltaje, llamado lado de bajo voltaje o de baja tensión. Así:

V He I H sonvoltaje y corrienteen el lado dealta tensión

V xe I xson voltaje ycorriente enel ladode bajatensión

Estructura: un transformador consta de un núcleo de material ferro magnético, en el cual se encuentran devanadas dos bobinas, generalmente de diferente numero de vueltas.

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TransformadorP=V H I H cos∅ P=V x I xcos∅

Introducción a los Transformadores

La bobina de mayor numero de vueltas es la que trabaja como alta tensión y la de menor número de vueltas con baja tensión.

En algunos casos, el numero de vueltas de las dos bobinas es igual, ambas trabajando a la misma tensión y el objeto del transformador seria aislar eléctricamente los voltajes de uno y otro lado.

Figura 2: estructura de transformador: Núcleo sencillo

Bobina primaria y bobina secundaria:

Primaria: es por la cual se alimenta el transformador o Excitación de la bobina primaria: para el análisis se puede utilizar

cualquier bobina como primaria. La bobina primaria, con un número de vueltas NH se conecta a una fuente de voltaje alterno.

v=V max sen(2 πft)

Figura 3: Bobina primaria excitada por una fuente de voltaje v.

El voltaje alterno hace fluir en el circuito, una corriente Iex alterna, la cual induce en el eje magnético de la bobina, un flujo también alterno.

Independientemente del origen del flujo, este induce en la bobina una fuerza electromotriz εH de acuerdo con la ley de Faraday.

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Introducción a los Transformadores

εH=−N HdΦdt

El conjunto descrito hasta aquí, constituye una malla, (figura 3) aplicando leyes de Kirchhoff se tiene:

v+εH=0Y sustituyendo

V max sen (2πft )−N HdΦdt

=0

Resolviendo la ecuación diferencial se obtiene:

Φ=V max2πft N H

[−cos2 πft ]+C

Secundaria: es aquella que entrega la energía transformada. o Excitación en el secundario: la inducción de la fuerza electromotriz

en el secundario se lleva a cabo en circustancias muy parecidas a la inducción en el primario. Se produce por el mismo flujo magnetico y solamente difiere en el numero de vueltas, de manera que aplicando ley de Faraday se tiene:

ε x=−N xddt

V max2πft N H

[−cos2 πft ]

Que da por resultado:

ε x=−N x

N HV max sen (2 πft )

Bibliografía

[1] L. F. López, «Ley de Faradat-Lenz,» [En línea]. Available: http://www2.ib.edu.ar/becaib/cd-ib/trabajos/LopezL.pdf. [Último acceso: 05 Octubre 2015].

[2] V. P. A. Barron, Generadores, motores y transformadores eléctricos, México, Distrito Federal: Universidad Nacional Autonoma de México, 1992.

García Fragoso Jordán Adrian 5CM11 Página 3