Entendiendo el funcionamiento del transformador cómo funciona y para qué sirve
Un transformador es un componente de la electricidad capaz de regular la tensión en un circuito de corriente alterna, ya sea aumentándola o disminuyéndola, sin afectar la potencia. En un transformador perfecto, la potencia de entrada y salida son idénticas, sin pérdidas. Sin embargo, en transformadores reales existe un mínimo porcentaje de pérdidas, que varía según su diseño y dimensiones, entre otros aspectos.
Principio de funcionamientoeditar
El principio fundamental de los transformadores se basa en la inducción electromagnética y está matemáticamente definido por las ecuaciones de Maxwell. Al aplicar una fuerza electromotriz al inductor primario, generada por la corriente que fluye por él, se produce un flujo magnético en el núcleo de hierro. Según la ley de Faraday, si este flujo varía, se produce una fuerza electromotriz en el inductor secundario. De esta forma, los circuitos eléctricos primario y secundario quedan interconectados mediante un campo magnético.
La tensión inducida en el inductor secundario depende de la relación entre el número de vueltas del inductor primario y secundario y la tensión del inductor primario, lo cual se conoce como relación de transformación.
Componentes de un transformadoreditar
El rol fundamental de un transformador reside en su núcleo, una zona clave por la cual circula el campo magnético entre los devanados primario y secundario. Según la finalidad del transformador, su forma y composición pueden variar ampliamente.
El núcleo típicamente está compuesto por varias chapas o hojas de metal, dispuestas en forma de pila y no soldadas, similitud a las páginas de un libro. Su función principal es mantener confinado el flujo magnético en su interior, evitando sus posibles pérdidas en el aire y mejorando así la eficiencia del transformador. La forma laminada del núcleo es específica para reducir las corrientes de Foucault y, de esta manera, disminuir las pérdidas de energía.
Sin embargo, existen también transformadores sin núcleo o con núcleo de aire. En estos casos, el núcleo es básicamente una estructura sin pérdidas por histéresis o corrientes de Foucault. No obstante, su inductancia de dispersión es alta, lo que hace que sean poco apropiados para la transmisión de potencia. No obstante, son muy utilizados en aplicaciones de radiocomunicación gracias a su amplio ancho de banda. Además, se incluyen en esta categoría los sistemas de carga inalámbrica y las bobinas de Tesla.
Caracterización de un transformadoreditar
Para llevar a cabo cálculos relacionados con circuitos o líneas que incluyen transformadores, se recurre a un circuito equivalente que represente el comportamiento del transformador en cuestión. En la mayoría de los casos, es suficiente con un circuito que considere su comportamiento en régimen permanente. Sin embargo, en ocasiones es necesario realizar ensayos adicionales para obtener un circuito equivalente más complejo.
Uno de los ensayos fundamentales en este proceso es el ensayo de vacío, mediante el cual se determinan la impedancia de vacío o la impedancia de excitación del transformador, así como la relación de transformación. La impedancia de vacío tiene en cuenta tanto la inductancia de magnetización del núcleo como pérdidas en el hierro, y por lo general se considera independiente del nivel de carga del transformador.
Por otro lado, el ensayo de cortocircuito permite calcular la impedancia de cortocircuito o impedancia en serie del transformador. En este caso, se tienen en cuenta las pérdidas en el cobre de los devanados, así como inductancias de dispersión y otras inductancias parásitas que pueden variar en función del nivel de carga del transformador.
Aplicaciones del transformador Conoce su uso y funciones
La importancia de los transformadores en la distribución de energía eléctricaEn el ámbito macro, los transformadores son esenciales para minimizar las pérdidas de energía en su transporte. Utilizando cables de alta tensión para los largos recorridos, se reducen al mínimo las pérdidas de energía. Esto se debe a que, gracias a los transformadores, la corriente eléctrica cambia su voltaje cerca del punto de llegada y consumo, en lugar de tener que hacerlo en el punto de generación o almacenamiento.
En el ámbito doméstico, los transformadores también tienen un papel fundamental. En la vida cotidiana, la mayoría de los aparatos funcionan con una tensión inferior a la que se obtiene de la toma de corriente. Esto se debe a que casi todos los electrodomésticos están equipados con transformadores de corriente en sus cables o en su interior. Gracias a estos transformadores, los electrodomésticos pueden funcionar incluso si la corriente de alimentación es mayor a sus requerimientos.
Aplicacioneseditar
Existen varios diseños de aplicación específicos para la electricidad que requieren una variedad de tipos de transformadores. Aunque todos tienen en común los principios básicos de funcionamiento, en su proceso de fabricación se realizan modificaciones que ajustan sus propiedades eléctricas para adaptarse a requisitos de instalación o aplicaciones especiales.
Es importante destacar que la gran mayoría de la energía eléctrica generada pasa por un transformador antes de llegar al consumidor final.
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En la transmisión de la energía eléctrica, los transformadores desempeñan un papel fundamental al permitir el transporte de la potencia a altas tensiones. Esto reduce las pérdidas causadas por el calentamiento de los cables, lo que resulta en una mayor eficiencia en el traslado de la energía.
Gracias a este mecanismo, se hace posible la viabilidad económica de las plantas de generación que se encuentran a largas distancias de los consumidores finales.
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En muchos dispositivos electrónicos, se utiliza un transformador para adaptar el voltaje del cableado de distribución a valores apropiados para el circuito en cuestión, ya sea a través de la frecuencia de la corriente eléctrica o mediante una fuente conmutada.
El concepto del transformador perfecto y su inexistencia Qué lo hace imposible
Un transformador ideal es aquel que solo existe en la teoría, ya que cuando se construye un transformador, siempre hay pérdidas involuntarias. Estas pérdidas son causadas por diversos factores, entre ellos, las corrientes de Foucault. Estas corrientes, producidas en campos electromagnéticos cambiantes, generan electroimanes que se resisten al efecto del campo magnético.
Transformador trifásicoeditar
Los transformadores de tres fases desempeñan un papel fundamental en el sistema eléctrico, ya que se encuentran presentes en diferentes etapas del mismo. Su función principal es la de elevar o reducir la tensión en distintas partes del sistema: desde la generación, donde se aumenta la insuficiente tensión de los generadores, hasta la distribución, donde se suministra energía eléctrica a voltajes más bajos a hogares, comercios e industrias. En pocas palabras, los transformadores trifásicos son imprescindibles en cada paso del camino que recorre la electricidad desde su punto de origen hasta su destino final.
Un transformador de tres fases está compuesto por tres fases, cada una desplazada en 120 grados eléctricos. En sistemas equilibrados, estas fases tienen la misma magnitud. Cada fase se compone de un polo positivo y uno negativo por los que circula una corriente alterna, lo que permite el funcionamiento del transformador.
El grupo de conexión de los bobinados trifásicos de un transformador es esencial ya que determina la forma en que estos se enlazan. Además de indicar la conexión de los bobinados primario y secundario (ya sea en estrella, triángulo o zigzag), también indica el desfase entre las tensiones de línea primaria y secundaria en sistemas trifásicos conectados por el transformador. Los grupos de conexión más comúnmente utilizados en la distribución de energía son Dy5 (triángulo, estrella, desfasaje de 150 grados), Dy11 (triángulo, estrella, 330 grados), Yy0 (estrella, estrella, 0 grados), Yd11 (estrella, triángulo, 330 grados), entre otros. La elección del grupo de conexión adecuado es esencial para garantizar un correcto funcionamiento del transformador y un suministro de energía eficiente.
