¿Qué son los transformadores? Definición y características.

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[pic 2][pic 3]Universidad Cristóbal Colón

Alumno: Aguirre León Rubén

Ensayo Unidad 7

“Transformadores”

9 A

¿Qué son los transformadores?

Definición y características.

Sería difícil pensar en un transporte, y una distribución de energía óptimos sin la existencia del transformador. Sin embargo, además de estas funciones, el transformador se ha convertido en un aparato indispensable en un gran número de aplicaciones eléctricas: recudir o aumentar voltajes, regulación medida, protección, etc.

El transformador es una máquina estática (no tiene partes móviles) que convierte energía eléctrica, con unas determinadas características de tensión y corriente, en energía eléctrica con otras características de tensión y de corriente, sin variar la frecuencia.

Esta transformación la realiza con un rendimiento muy elevado, teóricamente del 100%, de forma que, idealmente, la potencia de entrada y la potencia de salida son las mismas.

Otra característica que define el transformador es la reversibilidad. Se pueden intercambiar lo que es entrada por salida y viceversa, siempre que se respecten las condiciones de alimentación (tensión y corriente) para cada conexión.

PRINCIPIO DEL FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR.

Un transformador eléctrico consta básicamente de dos bobinados eléctricos (como mínimo) arrollados sobre un núcleo denominado circuito magnético.

CIRCUITOS ELÉCTRICOS (BOBINADOS O DEVANADOS)

Los bobinados eléctricos reciben el nombre de bobinado primario y bobinado secundario.

El bobinado primario, es el que conectamos a la fuente de alterna cuyas condiciones de tensión y corriente, queremos transformar.

El bobinado secundario, es el que conectamos al circuito eléctrico al que queremos proporcionar las nuevas condiciones de tensión y corriente.

Como el transformador es un elemento reversible, sus bobinados se denominan bobinado de alta, (el que está conectado al nivel de tensión más elevado), y bobinado de baja (el que está conectado a la tensión más baja), independientemente de que sea primario o secundario.

Es importante que observes que los bobinados del primario y del secundario son eléctricamente independientes. No hay ninguna conexión eléctrica entre ellos: están aislados galvánicamente.

CIRCUITO MAGNÉTICO.

El circuito magnético está constituido por un núcleo de material ferromagnético que se ha montado mediante el apilamiento de planchas metálicas (normalmente de hierro al silicio). No se hace macizo para reducir las pérdidas ocasionadas por las corrientes parásitas de Foucault, como ya has estudiado en la unidad anterior.

La misión del circuito magnético (núcleo) es ofrecer un camino suficientemente “atractivo” para que todo el flujo generado por un bobinado se concentre en su interior. Esto sucede así debido a que los materiales ferromagnéticos tienen una permeabilidad muy alta.

Como consecuencia de ello, todo el flujo que genera el bobinado primario lo recibe el bobinado secundario. Así, la energía del bobinado primario se acopla al secundario a través del campo electromagnético generado.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Funcionamiento del transformador ideal en vacío.

Vamos a considerar, para facilitar el análisis, un transformador monofásico con un núcleo y dos bobinados; primario y secundario. También supondremos que el transformador es ideal, lo que implica que:

• No existes pérdidas en los bobinados por efecto Joule.
• El flujo que creen los bobinados se concentrará en su totalidad en el núcleo no existe flujo de dispersión.
• El núcleo no tiene pérdidas por histéresis ni por corrientes parásitas.

Un transformador trabaja en vacío cuando se conecta ninguna carga en el circuito secundario. Por tanto, la corriente por el secundario es nula.

Si aplicamos una tensión sinusoidal al primario circulará una corriente Io también sinusoidal, llamada corriente de vacío.        

Esta corriente crea un campo electromagnético alrededor del bobinado primario que se concentra y se cierra en el núcleo.

Si la corriente crea un campo electromagnético alrededor del bobinado primario que se concentra y se cierra en el núcleo.

Si la corriente es alterna sinusoidal, el flujo generado, también lo es. Este flujo afecta de igual forma a los dos bobinados e induce una f.e.m. en el primario y en él secundario que también tendrá forma sinusoidal.

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR IDEAL EN CARGA.

El valor eficaz de esta corriente que entrega el secundario del transformador, está relacionado con el valor eficaz de la corriente del primario, mediante la relación de transformación. Vamos a demostrarlo a partir del balance de potencias en el transformador.

Balance de potencias en el transformador ideal.

La potencia nominal de un transformador es siempre su potencia aparente expresada como la tensión nominal del primario por su corriente nominal.

Debilidades del modelo del transformador ideal.

Fíjate en que en esta idealización del transformador en vacío, y el transformador en carga existe una contradicción.

• Si aplicásemos la hipótesis del transformador en carga, al transformador en vacío resultaría que  Io =0
• Pero si no existe corriente de vacío, es imposible generar un flujo electromagnético, y por tanto, inducir las fuerzas electromotrices del primario y el secundario; o sea, el transformador no funciona.

Esta contradicción se pone de manifiesto en mayor medida cuando los transformadores trabajan a poca carga; en este caso la corriente de vacío no puede despreciarse. Sólo cuando el transformador trabaje a regímenes de carga próximos a la plena carga, la corriente de vacío podrá considerarse despreciable frente a la nominal.

EL TRANSFORMADOR REAL.

En un transformador real se presentan los siguientes fenómenos:

• Los devanados tienen una cierta resistencia, lo que provoca caídas de tensión y pérdidas por efecto Joule.
• Parte del flujo no se concentra en el núcleo y se dispersa, de modo que no produce ningún efecto útil. Este flujo se establece principalmente por el aire y recibe el nombre de flujo de dispersión.

 Así pues, la corriente de vacío tiene dos componentes perpendiculares:

• Corrientes de magnetización: Para generar el flujo magnético, que está retrasada 90° respecto de la tensión del primario.
• Corriente de pérdidas en el hierro: en fase con la tensión del primario.

CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES.

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