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Diferencia entre revisiones de «Transformador»

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[[Archivo:Threephasepolemountclose.jpg|thumb|250px|Transformador.]]
{{fusionar en|transformador}}
[[Archivo:PoleMountTransformer02.jpg|thumb|250px|Transformador de tres fases.]]
===Transformadores===


Se denomina '''transformador''' a una [[máquina eléctrica]] que permite aumentar o disminuir el [[Diferencia de potencial|voltaje o tensión]] en un circuito eléctrico de [[corriente alterna]], manteniendo la frecuencia. La [[Potencia eléctrica|potencia]] que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
== Introducción ==


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 o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan ''primario'' y ''secundario'' según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Se llama transformador a aquella máquina estatóeléctrica de corriente alterna que une dos sistemas eléctricos, como lo son el motor eléctrico así como el generador; puesto que el motor se encarga de crear un [[campo magnético]] a partir de la energía eléctrica para generar un movimiento y el generador eléctrico se encarga de transformar el campo magnético en energía eléctrica, gracias a este tipo de datos podemos afirmar que un transfotmador es un [[motor eléctrico]] y un [[generador eléctrico]] a la vez. Son máquinas de corriente alterna por principio de funcionamiento, dado que necesitan de un sistema de corriente alterna para generar en su nucleo magnético un campo mágnético que a su vez es alterno y provoca la interactuación con los circuitos eléctricos que rodean a dicho nucleo.
*Para más detalles hay que examinar la [[Ley de Faraday]] referente a la [[inducción electromagnética]].


== Funcionamiento ==
:<math>
[[Archivo:Transformador.png|thumb|Representación esquemática del transformador.]]
V_{S} = N_{S} \frac{d\Phi}{dt}
Si se aplica una [[fuerza electromotriz]] alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un [[campo magnético]] variable dependiendo de la [[frecuencia]] de la corriente. Este campo magnético variable originará, por [[inducción electromagnética]], la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.
</math>


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''') .
En está fórmula Faraday relaciona la tensión (V) con el número (N) de vueltas o espiras del circuito eléctrico con la variación del campo magnético a través del conjunto de dichas espiras.
[[Image:Transformer3d col3.svg|left|thumb|350px|Imagen de un transformador ideal con flujo magnético en el núcleo]]
Este ingenio permite acoplar sistemas eléctricos de corriente alterna que se hallen a diferentes niveles de tensión del modo más eficiente y seguro a día de hoy. Dado que los transformadores pueden transmitir enormes potencias (hay máquinas trifásicas de más de 1000MVA y bancos de transformadores monofásicos de hasta 1500MVA) y funcionar a enormes tensiones (800kV es bastante habitual y se están comenzando a realizar máquinas de 1500kV).
Sus aplicaciones industriales son muy variadas, pero la principal es que permiten el transporte de energía a grandes distancias y permiten el modo de vida moderno.
El problema es que la energía eléctrica a transmitir desde las centrales eléctricas tiene que viajar por líneas eléctricas de gran longitud (del orden de cientos de kilómetros), es por ello que esas líneas deben ser capaces de transmitir esa energía sin demasiadas pérdidas, y las pérdidas dependerán de la resistencia '''R''' de esas líneas y de la tensión '''V''' aplicada en esas líneas. Podemos decir que las pérdidas en una línea eléctrica dependen de:
<math>Z_P\!\left(\!\tfrac{N_S}{N_P}\!\right)^2\!\!</math>
'''(0)'''<math>P=IxR^2</math>


:<math>\frac{Ep}{Es}=\frac{Np}{Ns}</math>
Sin los transformadores no se podría llevar muy lejos la energía generada en cualquier central energética, demostrado con las siguientes fórmulas físicas:


'''La razón de transformación''' '''(m)''' del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende de los números 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 tensión.
'''(1)'''<math>P=VxI</math>


'''(2)'''<math>V=IxR</math>
:<math>\frac{Np}{Ns}=\frac{Vp}{Vs}= m</math>


[[Archivo:Transformer under load.svg|left|280px]]
'''(3)'''R= p*L/S, Resistencia en función de r, L y S
Esta particularidad se utiliza en la [[red de transporte de energía eléctrica]]: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el [[efecto Joule]] y se minimiza el costo de los conductores.


Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 [[voltio]]s en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama ''relación de vueltas'' del transformador o ''relación de transformación''.
La primera '''(1)''' formula relaciona la potencia de un sistema eléctrico con el múltiplo de la tensión por la intensidad, esta fórmula puede variar en función del tipo de sistema eléctrico que tengamos (número de fases del sistema y tipo de corriente que lo atraviese) pero son los términos que siempre están presentes, sea cual sea la forma de la fórmula. Por tanto podemos ver que si usamos un transformador para, digamos, subir la tensión conseguiremos a igualdad de potencia transmitida que la intensidad se reduzca (tanto como suba la tensión).
A priori esto nos puede parecer inútil, pero sigamos con las otras dos fórmulas.
[[Image:Ohms law voltage source.svg|thumb|200px|left|Imagen de un circuito eléctrico con una fuente de tensión (puede ser la salida de un transformador) y una resistencia ideal.]]
'''(2)'''<math>V=IxR</math>
La segunda '''(2)''' fórmula nos relaciona la tensión de un circuito con la intensidad de dicho circuito y su resistencia eléctrica. Esto nos interesa desde el momento que a la salida de nuestro transformador ( en la imagen hace las veces de fuente de tensión) siempre tendremos conectado un circuito eléctrico (normalmente una línea eléctrica de la tensión que sea) y esto hace que para transmitir la potencia deseada (recordemos la primera fórmula) tendremos que tener una resistencia lo suficientemente baja para que nos permita que '''I''' sea alta y así la potencia se trasnmita adecuadamente.
'''(3)'''<math>R=(rxL)/S</math>
La tercera '''(3)''' fórmula nos explica de que depende la resistencia '''R''' de un elemento de un circuito y nos la relaciona de forma directamente proporcional a su resistividad (p) y su longitud e inversamente proporcional a su sección transversal.
Esto nos dice que si un elemento es un buen conductor (por ejemplo cobre o aluminio) su resistividad sera baja y por tanto su resistencia podrá serlo; no así si hablamos de materiales aislantes como la madera o algún plástico cuyas resistividades son altísimas y hacen que cualquier elemento de estos materiales sean de alta resistencia y muy buenos aislantes (y pésimos conductores). La resistividad esta relacionada con la materia y sus propiedades fisicas.
La longitud del material: a mayor longitud del conductor, mayor resistencia. Haciendo un símil pasa como con una manguera de agua, a más metros de manguera (longitud) con menos fuerza o presión sale el agua en su extremo (tensión después de la resistencia).
La sección: a mayor sección más facilidad para que circule la corriente. Volviendo al simil de la manguera, el agua siempre saldrá más fácilmente de una manguera gruesa que de una fina. Lo mismo pasa con la corriente eléctrica, más intesidad pasa por un conductor grueso que por uno fino.


Ahora bien, como la [[potencia eléctrica|potencia]] aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 [[amperio]]s, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
Ahora unamos estas 3 ideas a la vez y veamos qué pasa en el mundo real. Sabemos que generamos la energía eléctrica en grandes cantidades en enormes centrales de diversos tipos (térmicas, nucleares, solares, eólicas, hidraúlicas, etc.), pero esa enorme energía ( de ahora en adelante la llamaremos potencia) se debe transmitir a largas distancias a través de líneas de alta tensión, luego la '''L''' de la tercera '''(3)''' formula ya sabemos que es muy alta. Evidentemente elegiremos un material conductor para llevar esa potencia a los consumidores, luego la '''r''' es muy baja. Solo nos queda jugar con la sección '''S''' de los cables. Nos interesa que dicha sección sea la mínima dado que el coste de las líneas eléctricas es enorme y si pusieramos un conductor excesivamente grueso sería '''inviable económicamente''', pero eso ocasiona que la resistencia '''R''' aumente drásticamente. Ahí es donde interviene el transformador, aumentamos mucho la tensión y con eso hacemos que aumente '''I''' en '''(2)''' y de paso aumenta '''P''' en '''(1)'''.
ESTO PASA EN COLOMBIA
¿Y no se podría generar la electricidad directamente a altas tensiones? La respuesta es no, los generadores se ven limitados en este aspecto y además, al llegar la energía eléctrica a los consumidores hay que reducir la tensión a niveles bajos (usualmente 220V en Europa)
¿Y no se podría generar energía en diversas centrales de menor tamaño? Tampoco, dado que entonces sus rendimientos serían mínimos (a mayor central mayor rendimiento) y aumentaría mucho el consumo de combustibles de generación (Uranio, petroleo, gas natural...) y no siempre podemos poner una central alado de los consumidores.
Resumiendo, los transformadores permiten subir la tensión a niveles óptimos para el transporte a largas distancias y de un modo económicamente viable.


== Historia ==
==Relación de Transformación==
[[Archivo:Drehstromtransformater im Schnitt Hochspannung.jpg|thumb|Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de la unidad.]]


La invención del transformador, comienza en el año de 1884 para ser aplicado en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de América. En ese mismo año, la electricidaa se transmitió a 2000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeñas aplicaciones iniciales, la industria eléctrica en el mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador.
La relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador.
El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial [[bobina de Ruhmkorff]] o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una bobina, llamada ''primario'', se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de un [[ruptor]] movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado ''secundario'' y con mucho más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un [[chispómetro]] conectado a sus extremos.
:<math>
a =\frac{N_p}{N_s}=\frac{V_p}{V_s}=\frac{I_s}{I_p}
</math>
Donde:
a= Relación de transformación
N_p= Número de espiras en el devanado primario
N_s= Número de espiras en el devanado secundario
V_p= Tension en el devanado primario ó tensión de entrada
V_s= Tensión en el devanado secundario ó tensión de salida
I_p= Corriente en el devanado primario ó corriente de entrada
I_s= Corriente en el devanado secundario ó corriente de salida


También da origen a las antiguas [[bobina de ignición|bobinas de ignición]] del automóvil [[Ford T]], que poseía una por cada bujía, comandadas por un [[distribuidor]] que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta.
==Tipos de Transformadores==


== Tipos de transformadores ==
===Transformadores Variables===
[[Archivo:Diapositiva14.PNG|thumb|Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.]]
Tambien llamados "Variacs", toman una línea de voltaje fijo y proveen de voltaje de salida variable ajustable.


=== Según sus aplicaciones ===
===Transformadores Elevadores===
Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno.


==== Transformador elevador/reductor de tensión ====
===Transformadores Reductores===
Son empleados en las [[subestación eléctrica|subestaciones]] de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por [[efecto Joule]]. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice reducir la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es mayor a uno.


==== Transformador de aislamiento ====
===Transformadores Aisladores===
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de [[electromedicina]] y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.
Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice '''aislar''' la entrada con respecto a la salida. Esto se utiliza, por ejemplo para proteger en muchos casos mortadelo calvo las instalaciones eléctricas de una fábrica. Su '''número de espiras''' tanto en el primario y en el secundario son '''iguales'''. y por lo tanto '''no hay ningún tipo de diferencia''' intencional en el valor de '''tensión del secundario'''.
no pasa nada


==== Transformador de alimentación ====
==Enlaces externos==
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan [[fusible]]s que cortan su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.
*[http://www.http://www.corpnewline.com/variacs.html Información sobre Transformadores Variables]

==== Transformador trifásico ====
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella ('''Y''') (con hilo de neutro o no) o de triángulo ('''Δ''') y las combinaciones entre ellas: '''Δ-Δ''', '''Δ-Y''', '''Y-Δ''' y '''Y-Y'''. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones varían.

==== Transformador de pulsos ====
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja [[autoinducción]]) destinado a funcionar en régimen de pulsos.
y ademas un muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220

==== Transformador de línea o ''flyback'' ====
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los '''televisores con TRC''' ([[CRT]]) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de [[deflexión horizontal]]. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (Foco, filamento, etc). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios

==== Transformador con diodo dividido ====
Es un tipo de transformador de línea que incorpora el [[diodo]] [[rectificador]] para proporcionar la tensión contínua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

==== Transformador de impedancia ====
Este tipo de transformador se emplea para adaptar [[antena]]s y [[línea de transmisión|líneas de transmisión]] (tarjetas de red, teléfonos...) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta [[impedancia]] de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos '''n a Ns/Np''', como '''Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n²'''. Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor '''Z''' en otra de '''Z/n²'''. Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor '''n²'''.<br />

==== Estabilizador de tensión ====
Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.

==== Transformador híbrido o bobina híbrida ====
Es un transformador que funciona como una [[híbrida]]. De aplicación en los [[teléfono]]s, tarjetas de red, etc.

==== Balun ====
Es muy utilizado como [[balun]] para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.

==== Transformador electrónico ====
Esta compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte en circuitos mas complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados [[fuente conmutada]]

==== Transformador de frecuencia variable ====
Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

==== Transformadores de medida ====
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y [[relé]]s.

=== Según su construcción ===
[[Archivo:trafo.JPG|thumb|Transformador de grano orientado]]

==== Autotransformador ====
{{AP|Autotransformador}}
El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

==== Transformador toroidal ====
[[Archivo:Small toroidal transformer.jpg|thumb|Pequeño transformador con núcleo toroidal.]]
El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por [[corrientes de Foucault]].

==== Transformador de grano orientado ====
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus perdidas.

==== 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 de núcleo envolvente ====
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.

==== 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 [[piezoelectricidad|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.

== Véase también ==
*[[Multiplicador de tensión]]
*[[Divisor de tensión]]
*[[Cambiador de tomas]]

== Enlaces externos ==
{{commons|Transformer|Transformadores}}
* [http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Trafos.pdf Resumen de la teoría de los transformadores de potencia de la Universidad de Cantabria (España)]
* [http://www.amperis.com/recursos/articulos/medida-resistencia-bobinados-transformadores/ Medida de la resistencia de bobinados en Transformadores] Artículo didáctico
* [http://www.voltran.com.mx/ Voltran S.A. de C.V.] Empresa Mexicana dedicada a la fabircacion de transformadores, encuentra toda la informacion acerca de sus produtos.
[[Categoría:Energía eléctrica]]
[[Categoría:Máquinas eléctricas]]

[[af:Transformator]]
[[an:Transformador]]
[[ar:محول]]
[[az:Transformator]]
[[bg:Трансформатор]]
[[bs:Transformator]]
[[ca:Transformador]]
[[cs:Transformátor]]
[[da:Transformator]]
[[de:Transformator]]
[[el:Μετασχηματιστής]]
[[en:Transformer]]
[[eo:Transformatoro]]
[[et:Transformaator]]
[[eu:Transformadore]]
[[fa:ترانسفورماتور]]
[[fi:Muuntaja]]
[[fr:Transformateur électrique]]
[[gl:Transformador]]
[[he:שנאי]]
[[hi:ट्रान्सफार्मर]]
[[hr:Transformator]]
[[hu:Transzformátor]]
[[id:Transformator]]
[[is:Spennubreytir]]
[[it:Trasformatore]]
[[ja:変圧器]]
[[ka:ტრანსფორმატორი]]
[[ko:변압기]]
[[la:Transformatrum]]
[[lt:Transformatorius]]
[[lv:Transformators]]
[[ml:ട്രാന്‍സ്ഫോര്‍മര്‍]]
[[mn:Трансформатор]]
[[nl:Transformator]]
[[nn:Transformator]]
[[no:Transformator]]
[[pl:Transformator]]
[[pt:Transformador]]
[[ro:Transformator]]
[[ru:Трансформатор]]
[[sh:Transformator]]
[[simple:Transformer]]
[[sk:Transformátor]]
[[sl:Transformator]]
[[sr:Трансформатор]]
[[su:Trafo]]
[[sv:Transformator]]
[[ta:மின்மாற்றி]]
[[th:หม้อแปลงไฟฟ้า]]
[[tr:Transformatör]]
[[uk:Трансформатор]]
[[vi:Máy biến thế]]
[[zh:变压器]]
[[zh-yue:火牛]]

Revisión del 20:07 26 abr 2009

Transformador.
Transformador de tres fases.

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

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 o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Funcionamiento

Representación esquemática del transformador.

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

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) .

La razón de transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende de los números 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 tensión.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.

Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte). ESTO PASA EN COLOMBIA

Historia

Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de la unidad.

La invención del transformador, comienza en el año de 1884 para ser aplicado en los sistemas de transmisión que en esa época eran de corriente directa y presentaban limitaciones técnicas y económicas. El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de América. En ese mismo año, la electricidaa se transmitió a 2000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeñas aplicaciones iniciales, la industria eléctrica en el mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador. El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de un ruptor movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con mucho más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un chispómetro conectado a sus extremos.

También da origen a las antiguas bobinas de ignición del automóvil Ford T, que poseía una por cada bujía, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta.

Tipos de transformadores

Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.

Según sus aplicaciones

Transformador elevador/reductor de tensión

Son empleados en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.

Transformador de aislamiento

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí. no pasa nada

Transformador de alimentación

Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles que cortan su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico

Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o de triángulo (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones varían.

Transformador de pulsos

Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. y ademas un muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220

Transformador de línea o flyback

Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (Foco, filamento, etc). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios

Transformador con diodo dividido

Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión contínua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Transformador de impedancia

Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos...) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².

Estabilizador de tensión

Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.

Transformador híbrido o bobina híbrida

Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.

Balun

Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.

Transformador electrónico

Esta compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte en circuitos mas complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada

Transformador de frecuencia variable

Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

Transformadores de medida

Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.

Según su construcción

Transformador de grano orientado

Autotransformador

Artículo principal: Autotransformador

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

Transformador toroidal

Pequeño transformador con núcleo toroidal.

El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Transformador de grano orientado

El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus perdidas.

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 de núcleo envolvente

Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.

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.

Véase también

Enlaces externos

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