Fundamentos de los Transformadores Eléctricos: Principios, Clasificación y Componentes Clave

El Transformador Eléctrico: Conceptos Fundamentales

El transformador es una máquina eléctrica estática que funciona por el efecto de la inducción magnética. Está formado por dos devanados.

Factores que Afectan el Rendimiento y la Relación de Transformación

La relación de transformación y el rendimiento de un transformador pueden verse afectados por diversos factores:

• Reluctancia del circuito magnético: Cuanto mayor es su valor, mayores pérdidas se producirán.
• Resistencia de los devanados: Es la resistencia que el conductor presenta al paso de la corriente eléctrica.
• Pérdidas en el hierro por corrientes de Foucault: Producen pérdidas por exceso de calor debido a las corrientes parásitas inducidas en el núcleo.
• Histéresis magnética: La selección de materiales magnéticamente blandos permite que el ciclo de histéresis sea lo más estrecho posible, disminuyendo así las pérdidas energéticas.
• Dispersión del flujo magnético: Se presenta en cada uno de los devanados, influyendo de forma negativa en el rendimiento y en la relación de transformación.

Clasificación de los Transformadores

Por Nivel de Tensión

Todos los transformadores son reversibles. Esto quiere decir que si se aplica una tensión alterna a cualquiera de sus devanados, se obtiene en el devanado contrario una tensión proporcional según la relación de transformación.

• Reductores: Son aquellos que transforman la tensión aplicada al primario en una tensión menor en el secundario.
• Elevadores: Tienen el efecto contrario; es decir, la tensión en el secundario es de valor superior a la aplicada en el primario.

Por el Número de Fases de Alimentación

• Monofásicos: El primario es alimentado por un sistema de corrientes monofásicas; por tanto, en el secundario se obtiene otro similar y proporcional en función de la relación de transformación. En ocasiones, uno o los dos devanados pueden disponer de un sistema de conexión multitoma que permite trabajar con diferentes valores de tensión.
• Trifásicos: Diseñados para sistemas de alimentación trifásica.

Por su Construcción

• Monofásicos: De columnas, acorazados.
• Trifásicos: De tres columnas, de cinco columnas, acorazados.

Transformador Toroidal

El transformador toroidal presenta numerosas ventajas frente a los acorazados: mejor rendimiento, bajo ruido, menor calentamiento debido a las corrientes de Foucault y tamaño más reducido. Sin embargo, su construcción es más compleja y costosa.

El Autotransformador

El autotransformador es un transformador formado por un solo devanado, el cual dispone de bornes para el primario y para el secundario, teniendo ambos una toma en común.

Componentes y Materiales

• Circuito Eléctrico: Compuesto por hilo esmaltado, carretes para alojar los devanados, y aislantes de diferentes tipos (denominados tubos flexibles, etc.).
• Circuito Magnético: Constituido principalmente por la chapa magnética.

Chapa Magnética del Núcleo

Es el elemento con el que se construye el núcleo del transformador. En él se produce el mayor número de pérdidas, por lo que una buena elección de los materiales es trascendental para optimizar el funcionamiento. Los efectos principales que causan pérdidas son las corrientes parásitas o de Foucault y la histéresis.

Chapa Normalizada

Se distribuye con las formas E e I para facilitar el montaje del núcleo. En los transformadores monofásicos, la columna central suele ser el doble de ancha.

Características Eléctricas Fundamentales

• Tensión del primario (V1): Tensión en voltios con la que se va a alimentar el devanado primario del transformador.
• Tensión del secundario (V2): Tensión en voltios que se va a obtener en los bornes secundarios tras la transformación.
• Caída de tensión: Diferencia de tensión que entrega el devanado secundario respecto a la que debería entregar una vez conectada una carga a la máxima potencia.
• Corriente primaria (I1): Corriente que circula por el devanado primario.
• Corriente secundaria (I2): Corriente que circula por el devanado secundario.
• Frecuencia (F): Frecuencia en hercios de la red de alimentación.
• Potencia aparente (S): Expresada en VA, es el resultado del producto de la tensión en el secundario por la corriente máxima que circula por este.