TRANSFO

RMADO

RES

Hace algo más de un siglo que se inventó el Transformador. Este dispositivo ha hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores de electricidad de los consumidores.

Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) 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). Ojo no hay transformadores de corriente continua . Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta 220V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. ya que existen transformadores. Nunca se transporta en c.c.

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.

Transformador

Es una máquina estática que se utiliza para aumentar o disminuir tensiones en corriente alterna sin alterar en el proceso la frecuencia de ésta.

Consta de las siguientes partes:

Núcleo: Compuesto por chapas ferromagnéticas

Bobinado primario: Es la parte del transformador que se conecta a la red de C.A.

Bobinado secundario: Es la parte del transformador por la que se obtiene la tensión transformada.

Características constructivas de un

transformador

Teniendo en cuenta todo lo anterior, se construyen los núcleos del tamaño más apropiado, mediante un conjunto de chapas apiladas, sujetas posteriormente con tornillos.

El formato normal es el denominado E-I compuesto por chapas con estas formas. Otro formato el T&U

El carrete conteniendo el bobinado se suele acoplar siempre a la rama central de la E.

El hilo conductor esta aislado con una capa de esmalte.

La potencia del transformador depende de la sección del hilo y el tamaño del núcleo.

Funcionamiento de un transformador1. Transformar una tensión

alterna en otra tensión alterna de diferente magnitud. Siendo reversible.

2. El bobinado primario se conecta directamente a la red eléctrica.

3. Se crea un campo electromagnético que circula por el núcleo y que llega hasta el bobinado secundario.

4. En todo este proceso se mantiene constante la frecuencia original de la red, 50 Hz, a igual que cualquier variación de la tensión en el primario se reflejarán proporcionalmente en el secundario.

5. Sus tres parámetros son su tensión de secundario, su potencia nominal y su factor de regulación.

Tipos de transformadores

Transformador reductor. La tensión obtenida en el secundario es inferior que la tensión en el primario. Se debe cumplir que el número de espiras del primario N1 sea mayor que las del secundario N2.

Tipos de transformadores

Transformador elevador. La tensión obtenida en el secundario es superior que la tensión en el primario. Se debe cumplir que el número de espiras del primario N1, sea menor que las del secundario N2.

Aislamiento eléctrico de un Transformador

1. El aislamiento posee la capacidad que tiene el transformador de soportar diferentes tensiones altas, sobre todo entre el primario y secundario.

2. La ventaja de disponer de un buen aislamiento es la protección y seguridad del circuito conectado al secundario, si el primario se conecta a la red eléctrica. Supone además una seguridad para el usuario.

El aislamiento eléctrico entre devanados de un transformador es muy importante:

Clasificación de los transformadores

Transformador de alimentación

Transformador de audiofrecuencia

Transformador de alta frecuencia

DIFERENCIAS ENTRE UN TRANSFORMADOR REAL Y UN TRANFORMADOR IDEAL

TRANSFORMADOR IDEAL TRANSFORMADOR DE NUCLEO DE AIRE

Las pérdidas por la bobina, debido a las resistencias parásitas son iguales a cero.

Los trasformadores reales tienen perdidas de bobinas porque poseen resistencias.

Toda la potencia producida por el primario se transmite al secundario sin perdida.

Poseen núcleos con corrientes parasitas y perdidas que aumentan el calor.

Se basan primordialmente en los componentes que integran el transformador real o núcleo del aire y las perdidas por calentamiento.

El acoplamiento entre la primaria y secundaria es más conveniente describir en términos de la inductancia mutua.

La relación de tensiones de entrada y salida es igual a la relación de números de espinas de los bobinados.

El flujo de la bobina primaria no es completamente capturado por la secundaria, por lo cual hay que tener en cuenta el flujo de dispersión.

El grado de acoplamiento (inductancia mutua) entre los bobinados de un transformador de núcleo de aire es mucho menor que el de un equivalente de núcleo de hierro del transformador.

Debido a las caídas de tensión internas, en el transformador real en carga, la tensión del secundario pierde su proporcionalidad respecto de la del primario.

COMO SE REFIERE DEL PRIMARIO AL SECUNDARIO

El transformador esta basado en los fenómenos de inducción electromagnética. Consta de un núcleo de chapas magnéticas, al que rodean dos devanados, denominados primarios y secundarios.

Al conectar el devanado primario a una red de c.a. se establece un flujo alterno en el circuito magnético, que a su vez. Inducirá las fem en el o los devanados secundarios.

El primario recibe la potencia de la red, por lo tanto se debe considerar como un receptor o un consumidor. Por el contrario, el secundario se une al circuito de utilización, donde se puede considerar como un generador.

En resumen, el transformador es un aparato estático de inducción electromagnética destinado a transformar un sistemas de corrientes variables en otro o varios sistemas de corrientes, cuyas tensiones e intensidades son generalmente diferentes aunque de la misma frecuencia.

Relación de transformación Primaria y Secundaria

Las propiedades de transformación dependen casi por completo del número de espiras del primario y el secundario y en el caso ideal, la relación entre la tensión obtenida en el secundario o salida y el de entrada al primario será la relación entre el número de espiras de ambos.

Especificaciones: Tensión primario Tensión secundario Corriente secundario Potencia secundario

Relaciones básicas: VP       NP IS

----- = ------ = ------ VS        NS IP

VP es el voltaje en el primario

VS es el voltaje en el secundario

NP es el número de vueltas en el primario

NS es el número de vueltas en el secundario

IP es la corriente en el primario

IS es la corriente en el secundario

Flujo de Dispersión del Primario

Nota:

El flujo de la bobina primaria es común a la bobina secundaria

Flujo del secundario = 0

Flujo de dispersión = 0

Flujo de Dispersión del Secundario

Nota:

El flujo de la bobina primaria es común a la bobina secundaria

Flujo del secundario = 0

Flujo de dispersión = 0

INDUCTA

NCIA

MUTU

A

 La inductancia mutua es un fenómeno básico para la operación del transformador, un dispositivo eléctrico que se usa actualmente en casi todos los campos de la ingeniería eléctrica.  Este dispositivo es una parte integral en los sistemas de distribución de potencia y se encuentra en muchos circuitos electrónicos e instrumentos de medición.  

Esta se presenta cuando dos bobinas se encuentran dentro del alcance magnético, una de la otra, de tal modo que las líneas de fuerza se enlazan con el devanado de la segunda, se llama acoplamiento, y si todas las líneas de la una atraviesan a las vueltas del devanado de la otra, tendremos un acoplamiento unitario. Pueden existir diversos porcentajes de acoplamiento, debido a la posición mecánica de las bobinas. el símbolo para la inductancia mutua es la letra M, su unidad de medida es el Henry.

El transformador está formado por dos bobinas colocadas de modo que el flujo cambiante que desarrolla una enlace a la otra, como se aprecia en la figura.

Esto producirá un voltaje inducido a través de cada bobina. Para diferenciar las bobinas, aplicaremos la convención de los transformadores de que:

 La bobina a la que se aplica la fuente de alimentación se denomina el primario y la bobina a la que se aplica la carga se conoce como el secundario.

Para el primario del transformador de la figura  la aplicación de la Ley de Faraday  tendrá como resultado:

Lo que pone de manifiesto que el voltaje inducido a través del primario es directamente proporcional al número de vueltas en el primario y a la velocidad de cambio del flujo magnético que enlaza la bobina primaria. O a partir de la ecuación:

Lo cual revela que el voltaje inducido a través del primario es

directamente proporcional a la inductancia del primario y a la velocidad de cambio de la corriente a través del devanado primario.       La magnitud de es, el voltaje inducido a través del secundario, se determina mediante

En donde Ns es el número de vueltas en el devanado

secundario y Om es la parte del flujo primario tetap que enlazar el devanado del secundario.  Si todo el flujo del primario enlaza el secundario, en tal caso:

El coeficiente de acoplamiento entre dos bobinas se determina mediante

Debido a que el nivel máximo de «1>m es «1>p, el coeficiente de acoplamiento entre dos bobinas nunca puede ser mayor que l.

  El coeficiente de acoplamiento entre varias bobinas aparece

en la figura. Observe que, para el núcleo de hierro, k se aproxima a 1, mientras que para el núcleo de aire, k es considerablemente menor. Se dice que las bobinas con bajos coeficientes de acoplamiento tienen un acoplamiento débil.  Para el secundario, tenemos.        La inductancia mutua entre las dos bobinas de la figura  se determina mediante

Observe en las ecuaciones anteriores que el símbolo para la inductancia mutua es la letra M, y que su unidad de medida, al igual que para la auto inductancia, es el Henry. En forma textual, las ecuaciones  plantean que

La inductancia mutua entre dos bobinas es proporcional al cambio instantáneo en el flujo que enlaza a una bobina producido por un cambio instantáneo en la corriente a través de la otra bobina.

En términos de la inductancia de cada bobina y el coeficiente de acoplamiento, la inductancia mutua se determina mediante:

Entre más grande es el coeficiente de acoplamiento (enlaces

de flujo más grandes), o entre más grande es la inductancia de cualquier bobina, m4s alta es la inductancia mutua entre las bobinas. Relacione este hecho con las configuraciones.       El voltaje del secundario es también se encuentra en términos de la inductancia mutua

CONVENCION D

E

PUNTO

S

Convención de puntos

Si una corriente ENTRA en la terminal punteada de una bobina, la polaridad de referencia de la tensión mutua en la segunda bobina es positiva en la terminal punteada de la segunda bobina.

Si la corriente deja la terminal punteada d3e una bobina, la polaridad de referencia de la tensión mutua en la segunda bobina es negativa en la terminal punteada de la segunda bobina.

Calcule las corriente fasoriales I1 e I2, en el circuito:

Solución:Para la bobina 1, la LTK da para la bobina 2, la LTK da

-12 +(-j4 +j5) I1 - j3 I2 = 0 -3jI1 + (12+j6) I2

= 0jI1 - j3 I2= 12

I= (2-j4) I2

12∠0 °𝑉

− 𝑗 4Ω 𝑗3Ω 𝑗6Ω

12Ω

j5Ω

Sustituyendo esto en la ecuación que nos queda de la primera bobina encontramos el valor de una de las corriente:

(j2 + 4 – j3) I2 = (4 - j) I2 - 12 ó

Ya encontrada I2 , sustituimos en la ecuación de I1

Por se bobinas acopladas, el signo de la tensión mutua V2 esta determinada por la polaridad de referencia para V2 y la dirección de I1, puesto que I1 entra a la terminal punteada de la bobina 1 y V2 es positiva en la terminal punteada de la bobina 2, la tensión mutua es