Introducción al transformador monofásico
Un transformador es un dispositivo que permite cambiar el nivel de voltaje de una corriente alterna mediante la interacción de campos magnéticos. La energía se transfiere entre dos bobinas, el primario y el secundario, que están enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético. No existe conexión eléctrica directa entre ambas bobinas; la transferencia ocurre exclusivamente a través del flujo magnético.
Principios de funcionamiento
El principio básico se resume en la ley de Faraday, que indica que una variación del flujo magnético genera una fuerza electromotriz (fem) en una bobina. Cuando la corriente alterna circula por el devanado primario, produce un flujo variable que atraviesa el núcleo y, a su vez, induce una tensión en el devanado secundario.
Relación de transformación (RT)
La relación de transformación expresa la proporción entre el número de vueltas del primario (NP) y del secundario (NS), o bien entre sus tensiones (VP y VS) y corrientes (IP y IS). La ecuación fundamental es:
| Variable | Significado |
|---|---|
| NP | Vueltas del devanado primario |
| NS | Vueltas del devanado secundario |
| VP | Tensión primaria |
| VS | Tensión secundaria |
| IP | Corriente primaria |
| IS | Corriente secundaria |
| RT | Relación de transformación |
La relación se escribe como:
NP / NS = VP / VS = IS / IP = RT
Tipos de transformadores según la relación de transformación
- Transformador elevador: la tensión secundaria es mayor que la primaria (RT < 1). Por ejemplo, 440 vueltas en el primario y 880 en el secundario dan RT = 0.5, lo que eleva la tensión.
- Transformador reductor: la tensión secundaria es menor que la primaria (RT > 1).
Pérdidas en transformadores reales
En la práctica, ningún transformador es ideal; existen pérdidas que reducen la eficiencia. Las tres pérdidas principales son:
- Pérdidas en cobre: disipación de energía por la resistencia eléctrica de los devanados cuando circula corriente.
- Corrientes parásitas (o corrientes de Foucault): corrientes inducidas en el núcleo ferromagnético que generan calor por la resistencia del material.
- Pérdidas por histéresis: energía absorbida por la magnetización y desmagnetización cíclica del núcleo.
Las pérdidas en cobre y las corrientes parásitas se diferencian en su origen: la primera ocurre en los conductores del devanado, mientras que la segunda se produce dentro del propio núcleo.
Condiciones de un transformador ideal
En un modelo ideal se asume que no hay pérdidas ni fugas de flujo. Bajo estas condiciones:
- La potencia de entrada es igual a la potencia de salida (VP·IP = VS·IS).
- La corriente del primario es inversamente proporcional a la corriente del secundario según la relación de transformación (IS / IP = VP / VS).
- Se cumple la igualdad NP·I = NS·I, a menudo expresada como NP·I = NLIS, donde NLIS representa la potencia aparente en el devanado.
Ejemplos prácticos
Cálculo de la relación de transformación
Si un transformador tiene 440 vueltas en el primario y 880 en el secundario, la relación de transformación se calcula dividiendo el número de vueltas del primario entre el del secundario:
RT = 440 / 880 = 0.5
Como RT es menor que 1, el dispositivo actúa como un transformador elevador, aumentando la tensión en el secundario.
Determinación de la tensión nominal
Las tensiones asignadas o nominales (V1N) son los valores para los que el transformador ha sido diseñado. Estas tensiones garantizan que el núcleo opere dentro de sus límites de saturación y que las pérdidas se mantengan dentro de los rangos especificados.
Conclusiones clave
- Un transformador cambia el nivel de voltaje sin conexión eléctrica directa entre primario y secundario.
- La relación de transformación determina si el dispositivo es elevador o reductor.
- En un transformador ideal, la potencia de entrada y salida son iguales; en la realidad, existen pérdidas en cobre, corrientes parásitas e histéresis.
- Conocer las ecuaciones básicas permite calcular rápidamente tensiones, corrientes y relaciones de transformación.
