Transformadores Eléctricos: Funcionamiento, Tipos y Características Esenciales

Introducción al Transformador Eléctrico

Un transformador es una máquina estática de corriente alterna que varía la tensión o la intensidad sin modificar la frecuencia. En su configuración básica, consta de dos circuitos eléctricos arrollados sobre un circuito magnético, permitiendo la transferencia de energía entre ellos.

Clasificación de los Transformadores

Los transformadores se pueden clasificar de diversas maneras, según su aplicación, relación de transformación o forma constructiva.

Según su Utilización

• Transformadores de Potencia: Hacen posible la transmisión de electricidad de alta y media tensión a largas distancias. Son de gran tamaño y capacidad.
• Transformadores de Distribución: Se emplean para distribuir energía eléctrica a edificios, viviendas, empresas y otros centros de consumo, reduciendo la tensión a niveles utilizables.
• Transformadores de Medida: Se usan para medir la tensión o corriente en circuitos de alta potencia, escalando los valores a niveles seguros y precisos para instrumentos de medición.
• Transformadores de Protección: Sirven para proteger sistemas eléctricos contra excesos de tensión o corriente, aislando los equipos sensibles de posibles fallas.
• Autotransformadores: Se utilizan para conectar sistemas con distintos niveles de tensión, donde una parte del devanado es común tanto al primario como al secundario.

Según la Relación de Transformación

La relación de transformación se define por el número de espiras del devanado primario (N1) y secundario (N2):

• Reductor: Si N1 > N2 (reduce la tensión).
• Elevador: Si N1 < N2 (eleva la tensión).

Según la Forma Constructiva del Núcleo

• De Columna: Los devanados rodean las columnas del núcleo.
• Acorazado: El núcleo rodea los devanados, ofreciendo mayor protección mecánica y magnética.
• Toroidal: El núcleo tiene forma de anillo, lo que reduce las fugas de flujo magnético y mejora la eficiencia.

Constitución de un Transformador

Un transformador consta principalmente de dos circuitos interconectados: uno eléctrico y uno magnético.

Circuito Eléctrico

Consta de al menos dos devanados (o bobinados) de hilo conductor:

• Devanado Primario (N1): Es el que se conecta a la fuente de corriente alterna (tensión U1).
• Devanado Secundario (N2): Es el circuito al que se le proporcionan las nuevas condiciones de tensión y corriente transformadas (tensión U2).

Es fundamental destacar que ambos bobinados son eléctricamente independientes, es decir, se encuentran aislados galvánicamente y no hay ninguna conexión eléctrica directa entre ellos.

Circuito Magnético (Núcleo)

Está compuesto por un núcleo magnético de material ferromagnético. Este núcleo se monta mediante el apilamiento de chapas metálicas delgadas, aisladas entre sí. El objetivo de este apilamiento es reducir las pérdidas de energía ocasionadas por las corrientes de Foucault, mejorando así la eficiencia del transformador.

Características Clave de los Transformadores

• Rendimiento: Es excepcionalmente elevado, teóricamente cercano al 100% en condiciones ideales, lo que los convierte en dispositivos muy eficientes para la transmisión de energía.
• Potencia: La potencia aparente entre la entrada (primario) y la salida (secundario) es prácticamente la misma, despreciando las pequeñas pérdidas internas.
• Reversibilidad: Los transformadores pueden funcionar en ambos sentidos. Esto significa que un mismo transformador puede actuar como elevador o reductor de tensión, dependiendo de cuál devanado se utilice como primario y cuál como secundario.

Principio de Funcionamiento del Transformador

El funcionamiento de un transformador se basa en el principio de la inducción electromagnética, donde la interacción entre dos o más circuitos fijos entre sí sigue los siguientes pasos:

1. El bobinado primario está conectado a una tensión alterna U1 (tensión del primario), lo que provoca una circulación de corriente I1 en él.
2. Esta circulación de corriente I1 genera un flujo magnético alterno (Φ) en el núcleo ferromagnético del transformador.
3. Este flujo magnético alterno induce una tensión U2 en el bobinado secundario. A su vez, esta tensión U2 ocasiona la circulación de corriente I2 en el secundario, siempre que se conecte una carga a su salida.