Aislamiento Eléctrico con Transformadores: Análisis SPICE y Aplicaciones Prácticas

Análisis SPICE del Aislamiento Eléctrico

Los transformadores no solo permiten conversión de voltaje y corriente en circuitos CA y CC, sino que también entregan una característica crítica conocida como aislamiento eléctrico. Esta capacidad permite que dos circuitos se acoplen magnéticamente sin conexiones directas por cable, protegiendo componentes sensibles y mejorando la seguridad.

Para ilustrar este efecto, ejecutamos una simulación SPICE que impone un alto voltaje CC en el lado secundario mientras se ponen a tierra los dos circuitos:

Transformador aísla 10 Vac en V1 de 250 VDC en V2.

v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12
v2 5 0 dc 250
l1 2 0 10000
l2 3 5 100
k l1 l2 0.999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.end

Voltajes DC referenciados a tierra (nodo 0): (1) 0.0000 (2) 0.0000 (3) 250.0000 (4) 250.0000 (5) 250.0000 Voltajes AC: freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Devanado primario freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Devanado secundario

SPICE muestra que los 250 VDC están presentes en el circuito secundario respecto a tierra, sin embargo el circuito primario registra cero voltaje DC en nodos 1 y 2. La transformación CA permanece inalterada, confirmando que el transformador bloquea efectivamente el voltaje de modo común del lado primario.

El voltaje aplicado al secundario a menudo se llama voltaje de modo común porque está referenciado a un punto común (tierra) y aparece en múltiples nodos. El aislamiento del transformador previene que este voltaje influya en el circuito primario.

Esta propiedad de aislamiento se mantiene independientemente de si el voltaje de modo común es DC o CA, incluso a una frecuencia diferente.

En aplicaciones que requieren niveles idénticos de voltaje y corriente en ambos lados, se usan transformadores de aislamiento 1:1. Estos dispositivos mantienen el mismo voltaje y corriente mientras proporcionan aislamiento eléctrico. Un transformador de aislamiento de sobremesa típico se muestra a continuación.

Transformador de aislamiento aísla la potencia de la red.

• Los transformadores permiten transferencia de potencia entre circuitos sin conductores directos, ofreciendo aislamiento eléctrico.
• Los transformadores de aislamiento están diseñados específicamente para proporcionar este aislamiento sin cambiar relaciones de voltaje o corriente.

• Hoja de Trabajo de Transformadores Elevadores, Reductores y de Aislamiento