Fundamentos y Características del Transformador Eléctrico

El Transformador

Es un par de bobinas acopladas entre sí, arrolladas sobre un mismo núcleo. A una bobina se le puede aplicar una tensión, con lo que en la otra bobina habrá una tensión que puede aplicarse a un circuito.

Transformador Ideal

En un transformador perfecto se considera:

• La reluctancia del circuito es nula.
• Las resistencias de las bobinas son nulas.
• Las pérdidas en el hierro son nulas.
• Las fugas magnéticas son nulas.

Relación de Transformación

La relación entre las espiras, tensiones y corrientes es:

N1/N2 = E1/E2 = V1/V2 = I2/I1 = K = m

Transformador con Carga

Cuando se conecta una carga entre los bornes del secundario (resistencia o impedancia Z), circula corriente por la carga y por el bobinado secundario. Esto ocurre porque a un circuito cerrado se le aplica una fuerza electromotriz (fem). A la corriente que circula la llamamos I2. Al circular una corriente por el secundario, tendremos un amperio-vuelta y una fuerza electromotriz inducida.

Tipos de Carga y sus Efectos

Dependiendo del tipo de carga conectada al secundario, el comportamiento del transformador varía:

Carga Óhmica

Entre los bornes del secundario se conecta una carga óhmica. La corriente que circula por ella está en función de la tensión V2. En el diagrama vectorial, la corriente y la tensión secundaria coinciden en dirección y sentido (en fase), por lo que el ángulo secundario es nulo.

Carga Capacitiva

En el secundario conectamos una carga mixta formada por condensadores y resistencias, de tal forma que la corriente adelanta un cierto ángulo respecto a la tensión en los bornes del secundario. También se puede considerar la resistencia del condensador en paralelo.

Carga Inductiva

En los bornes de carga se tendrá una tensión secundaria cuyo valor se encuentra si desconectamos la fem del secundario. Las caídas de tensión en el secundario tienen resistencia óhmica, al igual que para el primario. Se debe considerar que el flujo del núcleo no abarca todo y se produce cierta dispersión. Tal como sucedía en el primario, una reactancia de dispersión provoca dos caídas: una en fase y otra adelantada.

Pérdidas en Transformadores

Pérdidas por Histéresis

Dependen esencialmente del tipo de material del núcleo. También pueden depender de la frecuencia, pero como la frecuencia en una misma zona suele ser la misma...

Pérdidas en el Hierro (Corrientes de Foucault)

Las pérdidas en el hierro en un transformador en vacío se producen por las corrientes de Foucault y por la histéresis. Para reducir la pérdida de energía y la pérdida de potencia, es necesario que los núcleos no sean macizos, sino construidos con chapas magnéticas de espesores mínimos apiladas entre sí. La corriente eléctrica, al no poder circular de una chapa a otra, tiene que circular independientemente en cada una de ellas, lo que induce menos corriente y disminuye la potencia perdida por Foucault.