Principios de Operación de Transformadores Ideales
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Funcionamiento ideal de un transformador en vacío
Considerar el transformador funcionando en vacío supone que no tiene conectada ninguna carga. Asimismo, considerar un transformador ideal implica que no existen pérdidas en el hierro y que la resistencia del devanado es nula.
Funcionamiento
El principio básico de un transformador consiste en transmitir energía eléctrica de un circuito a otro por inducción magnética. Considerando un transformador simétrico, con un devanado en cada columna:
- N1: número de espiras del primario.
- N2: número de espiras del secundario.
Si se aplica al devanado primario una tensión sinusoidal U1, se produce una corriente I0, llamada corriente de vacío. Esta corriente produce un flujo magnético variable φ, también sinusoidal, que varía simultáneamente con la corriente. El flujo magnético se cierra a través del núcleo cortando a los conductores del primario y del secundario, provocando lo siguiente:
- En el devanado secundario se induce una fuerza electromotriz (fem) E2, que dependerá del número de espiras N2.
- En el devanado primario se autoinduce una fem E1, que depende del número de espiras N1 y que se opone a la tensión aplicada.
La bobina del primario funciona como una autoinducción, por lo que la intensidad I0 está retrasada 90º respecto de la tensión. En consecuencia, el transformador en vacío no consume energía y funciona como una inductancia pura.
Funcionamiento ideal en carga
Considerar el transformador funcionando en carga supone que tiene conectada una carga o impedancia Z en el secundario. Al conectar dicha carga, aparece una corriente por el circuito del secundario I2. El valor eficaz y el desfase φ de esta intensidad dependen de la impedancia.
La intensidad I2 produce un flujo que tiende a modificar el flujo común. En el primario aparece una corriente I1 tal que el flujo creado por ella contrarresta la variación de flujo producida por el secundario. Por lo tanto, el flujo común permanece constante y es igual al producido por el primario φm.
Considerar un transformador ideal funcionando en carga implica que no hay pérdidas, por lo que la potencia P2 suministrada a la impedancia será igual a la del primario P1. Considerando despreciable la intensidad de vacío I0 y trabajando a plena carga, la potencia nominal de un transformador se expresa en kVA (kilovoltiamperios).