Transformador Ideal: Funcionamiento y Ensayos

Transformador ideal

• Devanados ideales: Resistencia despreciable en los devanados, sin pérdidas eléctricas.
• Núcleo Ideal: Todo el flujo se confina en el núcleo, sin haber pérdidas en el núcleo.
• El Flujo de campo magnético es común entre el primario y el secundario.
• Relación de transformación

• Como hemos comentado anteriormente, un transformador se ocupa de transformar energía, entre dos circuitos (primario y secundario). Esa transformación se producirá variando sus niveles de tensión y corriente. Dicha variación de niveles es provocada por la llamada relación de transformación, que es la relación entre las espiras del devanado primario y del devanado secundario y se representa por “m”.

• Funcionamiento transformador ideal

• Al introducir una tensión alterna (V₁) en los terminales del primario, con el secundario en vacío (circuito abierto), por el bobinado primario circulará una corriente alterna (), que al atravesar las N espiras de la bobina del primario, generará un flujo magnético común a ambos devanados, que provocará una f.e.m autoinducida en la bobina del primario, la cual por la ley de Lenz se opondrá a la causa que la produce, en este caso V₁ y como ambas están en paralelo (E₁=-V₁):, dicho flujo inducirá otra f.e.m E₂ en el secundario, la cual por la Ley de Lenz se opondrá al flujo original.

• Pérdidas transformador real:

  Al conectar una carga (Z) a los terminales del secundario (lo que equivaldría a cerrar el interruptor “s” en el circuito de la Figura 1) circulará corriente por el secundario (I₂), por lo que se generará una f.m.m en el secundario (N₂*I₂). Ésta se opondrá a la f.m.m del primario (N₁*I₁) que es la que produce el flujo principal por el núcleo (tal y como vimos en el tema anterior).

  Como para tener potencia en el secundario tendremos que introducir potencia en el primario, la corriente por el primario tendrá que aumentar con respecto a la que había en vacío, pasando de valer I_V a I₁, ya que ahora sí tenemos una carga en conectada al secundario que va a consumir potencia.

  Como el transformador ideal no tiene pérdidas, se supone que toda la potencia de entrada S₁ transformada en f.m.m del primario se convertirá en f.m.m del secundario, la cual a su vez se convertirá en potencia de salida S₂, lo que implica considerar la f.m.m en vacío como si fuera nula (0), y de aquí extraeremos la relación ideal de trasformación de carga, que como se puede ver es inversa a la relación de corrientes.

Funcionamiento en carga

Al conectar una carga (Z) a los terminales del secundario (lo que equivaldría a cerrar el interruptor “s” en el circuito de la Figura 1) circulará corriente por el secundario (I₂), por lo que se generará una f.m.m en el secundario (N₂*I₂). Ésta se opondrá a la f.m.m del primario (N₁*I₁) que es la que produce el flujo principal por el núcleo (tal y como vimos en el tema anterior).

Como para tener potencia en el secundario tendremos que introducir potencia en el primario, la corriente por el primario tendrá que aumentar con respecto a la que había en vacío, pasando de valer I_V a I₁, ya que ahora sí tenemos una carga en conectada al secundario que va a consumir potencia.

Como el transformador ideal no tiene pérdidas, se supone que toda la potencia de entrada S₁ transformada en f.m.m del primario se convertirá en f.m.m del secundario, la cual a su vez se convertirá en potencia de salida S₂, lo que implica considerar la f.m.m en vacío como si fuera nula (0), y de aquí extraeremos la relación ideal de trasformación de carga, que como se puede ver es inversa a la relación de corrientes.

Características transformador:

Potencia Nominal (S_N): Representado en valores de potencia aparente (S). Nos indica la máxima carga a conectar al transformador sin sobrecargar ninguno de los bobinados. (Está referida a unas determinadas tensiones nominales, lo que quiere decir que no se cumple para cualquier tensión que meta, sino para las que haya sido diseñado).

1.1.Ensayo de Cortocircuito

El ensayo de cortocircuito se realiza, cortocircuitando el devanado secundario, mediante la conexión directa de un amperímetro a sus terminales de carga (empezando con V₁=0).

Con ayuda de una fuente de tensión regulable, se va incrementando la tensión en el primario V₁, desde 0 V, hasta que se obtenga la intensidad nominal en el secundario I_2N, momento en que se deja de incrementar la tensión, a dicho valor se le llamará tensión de cortocircuito V_1cc.

Al estar en cortocircuito el secundario, la tensión por el primario será muy baja, por ello se considerarán despreciables las pérdidas en el hierro (que como hemos dicho dependían de la tensión de alimentación). Como la carga del secundario es nula (cortocircuito), se determina que toda la potencia absorbida por el primario corresponderá a pérdidas por efecto Joule en los devanados primario y secundario, que se corresponderán con las pérdidas en el cobre a su corriente nominal.

1.1.Ensayo de Carga

El ensayo de carga se realiza, conectando la carga máxima para la que está preparado el secundario.

Con la ayuda de una carga (potenciómetro) regulable, conectamos la carga máxima que puede conectarse a la salida

1.1.Ensayo de Vacío

El ensayo de vacío se realiza dejando el circuito secundario en circuito abierto, sin ninguna carga conectada, mientras se alimenta el primario a la tensión nominal.

Al permanecer el secundario abierto, la corriente por el secundario será nula I₂=0, por lo que las únicas pérdidas de potencia aparecerán en el primario y además la intensidad de corriente que circulará por el primario, será la llamada intensidad de vacío I_V, que será muy baja (en transformadores antiguos, 4 a 14% de la nominal “I_N” y en transformadores actuales 0,6 a 8% de I_N). Por lo tanto, las pérdidas del cobre en el primario, resultan prácticamente despreciables en vacío, por ello se considera que la potencia absorbida en dichas condiciones es resultado de las pérdidas en el hierro.