Transformador: una descripción general || 4 condiciones importantes para una buena eficiencia

transformador

Un transformador es un dispositivo eléctrico simple, que utiliza la propiedad de inducción mutua para transformar una tensión alterna de una a otra de mayor o menor valor.

La El primer potencial constante se inventó en 1885., y desde entonces, se ha convertido en una necesidad como dispositivo esencial para la transmisión, distribución y aprovechamiento de la corriente alterna (CA).

Forma de carcasa transformador de diseño DBZ en 1885
Transformador de diseño DBZ en forma de carcasa en 1885, Crédito de la imagen - Zátonyi Sándor, (ifj.), DBZ trafoCC BY-SA 3.0

Existen diferentes tipos de transformadores que tienen diferentes diseños adecuados para diferentes aplicaciones de energía eléctrica y electrónica. Sus tamaños van desde aplicaciones de radiofrecuencia con un volumen inferior a un centímetro cúbico, hasta enormes unidades que pesan cientos de toneladas utilizadas en redes eléctricas.

transformador
transformadores en una subestación eléctrica, Crédito de la imagen - Allalone89Estación terminal de Melbourne, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Se utilizan más ampliamente en la transmisión y distribución de energía a larga distancia al aumentar la salida de voltaje del transformador para que la corriente se reduzca y, posteriormente, la pérdida del núcleo resistivo sea menos significativa, por lo que la señal se puede transferir a las distancias al subestación contigua a los consumidores donde el voltaje se reduce nuevamente para su uso posterior.

Estructura básica y funcionamiento del transformador

La estructura básica de un transformador generalmente consta de dos bobinas enrolladas alrededor de un núcleo de hierro dulce, a saber, bobinas primarias y secundarias. El voltaje de entrada de CA se aplica a la bobina primaria y el voltaje de salida de CA se observa en el lado secundario. 

Como sabemos, una fem o voltaje inducido solo se genera cuando el flujo del campo magnético está cambiando con respecto a la bobina o circuito, por lo tanto, la inductancia mutua entre dos bobinas solo es posible con un voltaje alterno, es decir, cambiante / CA, y no con voltaje directo , es decir, voltaje constante / CC.

funcionamiento del transformador y flujo de fuga
Trabajo de transformador y flujo de fuga.
Credito de imagen :Yo mismo, Flujo de transformadorCC BY-SA 3.0

Los transformadores se utilizan para transmutar los niveles de voltaje y corriente según la relación entre las vueltas de la bobina de entrada y la de salida. Las vueltas en la bobina primaria y secundaria son Np y Ns, respectivamente. Sea Φ el flujo enlazado a través de bobinas primarias y secundarias. Entonces,

Fem inducida a través de la bobina primaria,   =

Fem inducida a través de la bobina secundaria,  = 

A partir de estas ecuaciones, podemos relacionar que  

Donde los símbolos tienen los siguientes significados:

         

Poder, P = IpVp Yo ossVs

En relación con las ecuaciones anteriores,

Así tenemos Vs = ()Vy yos = IP

Para intensificar: Vs > Vp entonces Ns>Np y yos<Ip

Para renunciar: Vs <Vp entonces Ns <Np y yos > Yop

Bobina primaria y secundaria en un transformador

transformador
Bobinado primario y secundario
Crédito de la imagen: anónimo, Transformador3d colCC BY-SA 3.0

La relación anterior se basa en algunos supuestos, que son los siguientes:

  • El mismo flujo conecta tanto el primario como el secundario sin ninguna fuga de flujo.
  • La corriente secundaria es pequeña.
  • La resistencia primaria y la corriente son despreciables.

Por tanto, la eficiencia del transformador no puede ser del 100%. Aunque uno bien diseñado puede tener una eficiencia de hasta el 95%. Para tener una mayor eficiencia, se deben tener en cuenta las cuatro principales razones de la pérdida de energía.

Causa de la pérdida de energía del transformador:

  • Fuga de flujo: Siempre hay alguna fuga de flujo ya que es casi imposible que todo el flujo del primario pase al secundario sin ninguna fuga.
  • Corrientes de Foucault: El flujo magnético variable inducirá corrientes parásitas en el núcleo de hierro, lo que puede provocar calentamiento y, por tanto, pérdida de energía. Estos podrían minimizarse utilizando un núcleo de hierro laminado.
  • Resistencia en el bobinado: La energía se pierde en forma de disipación de calor a través de los cables, pero se puede minimizar mediante el uso de cables comparativamente gruesos.
  • Histéresis: Cuando la magnetización del núcleo se invierte repetidamente por un campo magnético alterno, se produce un gasto o pérdida de energía por la generación de calor dentro del núcleo. Esto puede reducirse utilizando materiales que tengan una menor pérdida por histéresis magnética.

Estaremos estudiando sobre Corriente de Foucaults y Histéresis magnética en detalles en las secciones siguientes.

Para obtener más material de estudio relacionado con la electrónica haz clic aquí

Sobre Amrit Shaw

Conéctese con nuestro ex autor: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

Frikis Lambda