Presentación corriente eléctrica

Un parámetro de la corriente eléctrica a tener en cuenta a la hora de trabajar con las fuentes de alimentación es la potencia. Por esta última vamos a entender a aquella energía que consume un elemento durante 1 segundo. La unidad de medida empleada es el Watt, cuya sigla es W y pronunciada también como vatio. Este nombre se le dio en honor al inventor e ingeniero mecánico escocés James Watt (1736 - 1819) y la misma forma parte también del Sistema Internacional de Medidas.

Fuentes de alimentación lineales

Este tipo de fuente fue el primero en utilizarse. Generalmente las podremos encontrar siguiendo el esquema de transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. Podemos afirmar que todas las fuentes diseñadas basándose en este esquema son de un diseño relativamente sencillo comparado con otros tipos de fuentes, por ejemplo, las conmutadas.

En el diseño y construcción de fuentes lineales no siempre va a ser necesario, por parte del fabricante, crear todas las etapas del esquema anteriormente mencionado. En ocasiones las vamos a poder ver de formas tan sencillas como lo muestra la siguiente imagen:

Aquí se muestran los componentes y características de la fuente de alimentación usada por la firma 3Com (Modelo P48240600A030G) para alimentar algunos modelos de concentradores de red. Otros modelos de fuentes de esta misma firma y destinados para iguales fines van a presentar esta misma estructura, como por ejemplo el P48121000A040G cuyo esquema electrónico es el siguiente:

El aspecto exterior o cubierta plástica del modelo P48121000A040G es idéntico al P48240600A030G, así como su diseño electrónico. Solamente se van a diferenciar en los parámetros eléctricos con los que trabajan. En ambas fuentes solamente se han incluido las etapas de transformación y rectificación.

Debido al diseño tan simple de estas fuentes, vamos a poder encontrarnos con muchas personas que se refieran a ellas simplemente por el nombre de "transformador". Sin embargo, este último va a ser realmente un componente dentro de la fuente.

Pasemos ahora a explicar el funcionamiento de cada una de las etapas presentes en las fuentes vistas hasta ahora.

El transformador

El símbolo del transformador es el siguiente:

En los esquemas anteriores de fuentes lo podemos encontrar en la entrada de la misma con la función de reducir la tensión de red (se recuerda que puede tratarse de 110 ó 220 V) a la tensión necesitada por el equipo. Hay que aclarar que los transformadores solamente son capaces de trabajar con corrientes alternas, por lo que nos vamos a encontrar que tanto la tensión de entrada como la de salida serán siempre alternas.

Físicamente, la construcción del transformador es muy sencilla. Va a constituir de un núcleo de hierro (usado con el fin de que las líneas del campo magnético que se cree queden encerradas en él) al cual se le van a hacer dos enrollados de alambres. A uno de ellos (por donde entra la corriente) se le va a conocer por primario y al otro (por donde sale la corriente ya transformada) por secundario. Ambos van a estar hechos con alambre aislado con la diferencia de que el aislamiento del secundario no suele estar preparado para tensiones altas.

Los enrollados son completamente independientes por lo que vamos a ver que la energía eléctrica se transmite del primario al secundario haciendo uso del principio de inducción electromagnética a través del núcleo. La corriente que circula por el enrollado primario va a inducir una corriente magnética a través del núcleo de hierro del transformador. La fuerza de dicha corriente será directamente proporcional a la cantidad de vueltas (llamadas espiras) del enrollado primario.

Nos vamos a encontrar con que en el enrollado secundario el proceso es inverso. Aquí el magnetismo presente en el núcleo de hierro del transformador va a generar una corriente alterna en dicho enrollado, cuya tensión también será directamente proporcional al número de espiras del mismo.

Se puede hacer la prueba de acercar un imán a un transformador para sentir como vibra. Esto se debe a que la corriente magnética del núcleo, al igual que la corriente de los enrollados del transformador, es alterna.

Un ejemplo de construcción rústica de un transformador lo podemos ver en la imagen siguiente:

Como se explicó anteriormente, la tensión de salida de un transformador va a guardar una estrecha dependencia con la tensión de entrada así como con el número de vueltas o espiras de ambos enrollados. Esta relación la podemos expresar a través de cualquiera de las siguientes fórmulas:

Donde V1 y V2 son las tensiones (expresadas en voltios) de entrada y salida respectivamente. N1 representa la cantidad de espiras del enrollado primario y N2 las del secundario.

Para saber que tensión de salida nos dará un transformador, podemos despejar en (2a) y obtener:

(3)

Pudiéramos obtener una fórmula más simple a la hora del cálculo si el despeje se hiciera en (2b), de esa forma se obtendría:

Así, si tenemos que la tensión de entrada es de 115 V, el enrollado primario posee 200 espiras y el secundario 40. Sustituimos en (3) y quedaría como:

Por lo tanto, vamos a tener que si se cumple que N2V1). Esto trae como consecuencia que estemos en presencia de un transformador reductor. Si, por el contrario, se diese el caso de que N2>N1 entonces la tensión del secundario será mayor que la del primario y estaremos en presencia esta vez de un transformador elevador.

Cuando a un transformador real se le hace circular una corriente por su enrollado primario, va a suceder que una pequeña porción de su campo magnético generado escape del núcleo de hierro. Esto implica que la tensión que realmente se obtendrá en el secundario será menor que la obtenida por la fórmula (3). En muchos casos se suele introducir una modificación a dicha fórmula con el fin de que arroje un resultado lo más exacto posible. La fórmula modificada se nos presentaría así:

La f no es más que el porciento de tensión que se inducirá en el enrollado secundario. La misma se denomina como rendimiento del transformador.

Si lo que conocemos es la tensión de salida del transformador y necesitamos hallar la tensión de entrada que sea capaz de producir la misma, despejamos en (2a) y obtenemos:

(4)

En ocasiones nos vamos a encontrar con transformadores confeccionados por otros fabricantes, como por ejemplo, el siguiente:

En estos casos vamos a conocer la relación de transformación entre la tensión de entrada y la de salida pero no tendremos información de la cantidad de espiras de ninguno de los dos enrollados.

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