Principio del transformador:todo lo que debe saber

El principio del transformador es uno de los componentes eléctricos más importantes en un sistema de alimentación de CA. Hoy en día, muchos circuitos usan transformadores que son esenciales y constituyen la columna vertebral de cómo alimentamos todo.
¡Este artículo le enseñará sobre su principio de funcionamiento, estructura básica y aplicaciones para que pueda encontrar el transformador adecuado para sus necesidades!

¡Este artículo le enseñará sobre su principio de funcionamiento, estructura básica y aplicaciones para que pueda encontrar el transformador adecuado para sus necesidades!

1. ¿Qué es un transformador?

Un transformador es un dispositivo eléctrico utilizado para transmitir energía eléctrica de un circuito eléctrico a otro. Además, mantiene el factor de potencia en la unidad y asegura que los niveles de voltaje permanezcan sin cambios en ambos circuitos.

2. Tipos de Transformadores:

Los tipos de clasificaciones de transformadores son los siguientes:

(Diagramas de transformadores)

Basado en construcción

1. Transformador tipo núcleo:los componentes del núcleo pueden consistir en láminas laminadas de acero, láminas de acero al silicio o aleación de hierro como el acero al silicio. También tiene bobinas cilíndricas de alambre como devanados con devanados de bajo voltaje colocados más cerca del núcleo.
2. Transformador tipo carcasa:es aquel en el que se aloja todo el núcleo, la bobina y el aislamiento dentro de una carcasa de aluminio o acero. Mayormente toma la forma rectangular.

Según el tipo de suministro

1. Transformador monofásico:este tipo es un dispositivo de devanado único con una bobina conectada al lado primario y otra al lado secundario de un transformador.
2. Transformador trifásico:consta de tres bobinas unidas a cada lado del núcleo. Además, la conexión de cada bobina es tal que producen campos magnéticos mutuamente perpendiculares.
3. Autotransformador:este tipo utiliza dos devanados en cada lado para la transformación de voltaje ascendente y descendente.

(Transformador lleno de aceite)

Basado en el tipo de enfriamiento

1. Transformadores llenos de aceite- Disipa el calor generado por la corriente eléctrica a través del aceite.
2. Transformador de núcleo de aire- aquel en el que disipa el calor generado por la corriente eléctrica a través del aire.

Según su uso

1. Transformador de corriente:se utiliza para medir corrientes muy altas en la transmisión de energía eléctrica.
2. Transformador de potencial:mide voltajes de CA muy altos.

Basado en el propósito

1. Transformador elevador:proporciona la función de cambiar el nivel de voltaje de bajo a alto
2. Transformador reductor:proporciona la función de cambiar el nivel de voltaje de alto a bajo

(Transformador de alto voltaje)

3. Aplicaciones de transformadores

Las aplicaciones de los transformadores están en:

• En primer lugar, el uso industrial y de laboratorio y la regulación de voltaje en los sistemas de potencia para aumentar o disminuir el voltaje de suministro.
• En segundo lugar, la energía eléctrica generación y distribución, y las industrias de minería, petróleo y gas.
• En tercer lugar, aumente o reduzca los voltajes de CA de las líneas de suministro de energía eléctrica.
• Uso de la tecnología de radio para aumentar o reducir las señales de alta frecuencia para la transmisión a distancias más largas sin pérdida de potencia de la señal. Común en transformadores de audio y transformadores comerciales.
• Por último, Circuitos de electrónica de potencia donde puedan funcionar como reguladores automáticos de tensión.

4. Estructuras básicas de un transformador

(Estructuras de transformadores)

Las estructuras de un transformador básico incluyen:

• Núcleo laminado; compuesto por piezas de hierro laminado dispuestas de tal manera que proporcionen un camino mínimo para el flujo magnético. Además, el núcleo actúa como un circuito magnético cerrado.
• Principal devanado; colocado alrededor del núcleo en cualquier dirección y aislado del núcleo. Las bobinas son hilos de cobre.
• Devanado secundario; colocados alrededor del primario y aislados de este, tanto en la misma dirección como con polaridad inversa a la del primario.

Construcción básica de transformadores :

Un transformador consta de dos o más bobinas (devanados) envueltas alrededor de un núcleo de acero laminado. Los devanados de entrada (devanado primario) se conectan a un terminal de la fuente de alimentación. Y los devanados de salida (devanado secundario) se conectan a través del circuito de carga.

(Mano trabajando en componentes)

Los siguientes son los pasos básicos en la construcción de un transformador:

• Primero, hacer bobinas primarias y secundarias:use cinta aislante o revestimiento de esmalte para separar los devanados de estas bobinas entre sí.
• Luego, el montaje de estas bobinas en un núcleo común de hierro dulce consta de láminas de acero al silicio altamente laminadas envueltas con cinta aislante para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault. La unión de estas laminaciones del núcleo del transformador se realiza en forma de tiras. Es importante destacar que las hojas deben tener un alto contenido de silicio para bajar pérdida por histéresis. Además, la bobina primaria se conecta a un extremo del núcleo mientras que el otro se conecta a la bobina secundaria. Además, necesita casquillos adecuados al aislar y sacar los terminales del tanque del transformador.
• Bobinas de blindaje:se utilizan para proteger el devanado primario de los efectos electromagnéticos causados ​​por los voltajes inducidos en los transformadores que pueden causar una falla catastrófica del transformador. De manera similar, esto se hace envolviendo cintas aislantes adicionales en ambos lados de estas bobinas.

5. Principio de funcionamiento de un transformador

El principio básico involucrado en el funcionamiento de los transformadores es la ley de inducción electromagnética de Faraday:N*dΦ/dt (Ley de Faraday), donde N es el número de vueltas de la bobina.

(Ley de Faraday)

La ley establece que se induce un flujo eléctrico en un circuito cerrado cuando cambia el flujo magnético vinculado con él. Este fenómeno resulta debido a la inductancia mutua de las corrientes presentes a través de estos dos circuitos. Aquí está la explicación:

Cuando una corriente eléctrica fluye a través del devanado primario, crea un campo magnético alrededor de este devanado. Por lo tanto, produce un flujo magnético alrededor de la bobina primaria también. Luego, el núcleo del transformador proporciona un camino para que este flujo conecte los devanados. Sin embargo, no todos los enlaces de flujo con el devanado secundario y, por lo tanto, se denominan flujo de fuga. Posteriormente, se produce una inducción de voltaje en la bobina secundaria. Esto se debe a la inducción mutua entre bobinas enrolladas en un núcleo de hierro común a través del acoplamiento en el núcleo magnético.

Este proceso crea fem inducida cuando trata de oponerse al flujo de corriente a través de él y viceversa. El voltaje inducido en la bobina secundaria actúa como una carga para el devanado primario.

NÓTESE BIEN; Un transformador es un dispositivo estático; por lo tanto, los niveles de voltaje cambiantes ocurren debido a la inducción magnética, no por el movimiento de sus materiales sólidos.

Ahora, veamos términos importantes cuando se trata de transformadores.

(Devanados de cobre)

Relación de espiras en transformadores

La relación entre el número de vueltas en el devanado primario y el secundario bobina. Este número indica cuántas veces se reduce el nivel de voltaje en el circuito primario después de bajar a través del transformador.

Su representación es X/Y. 'X' indica el número de vueltas en la bobina primaria (Np) e 'Y' indica el número de vueltas en la bobina secundaria (Ns). Asumiendo que es un transformador ideal.

Fórmula; Np/Ns=n=Relación de giro

Por ejemplo, si hay 100 vueltas en la bobina primaria y 50 vueltas en la secundaria, esta relación se expresa como 100/50.

Esto significa que un transformador con una relación de aumento tendrá menos vueltas en su lado secundario que en su lado primario. Sin embargo, lo contrario es cierto para un transformador con una relación reductora.

(Devanados del transformador)

Relación de transformación

La relación entre el voltaje secundario y el voltaje primario es la relación del transformador. La expresión de la relación de transformación de voltaje es en voltios/voltios o amperios/amperios, y esto depende del tipo de resistencia de carga conectada con la bobina secundaria.

La fórmula de cálculo;

Relación de transformación =(V/V o V/A resistencia de carga secundaria)/(V primario o A primario)

Por ejemplo; El voltaje a través de un devanado secundario es de 100 voltios y la corriente que fluye a través de él es de 20 amperios. Entonces, la relación de transformación de ese circuito en particular será 100/20.

NÓTESE BIEN; El nivel máximo de corriente o voltaje a través de un El devanado secundario en un transformador se refiere a la corriente o voltaje nominal. Esta clasificación del circuito secundario decide su capacidad máxima de trabajo. Y determina si es adecuado para aplicaciones de alto voltaje o baja corriente.

(El Transformador y los componentes eléctricos)

Eficiencia del transformador

Esta es la relación del trabajo realizado por un transformador en potencia de entrada a la generada en el devanado secundario.

Su expresión es en términos porcentuales.

La fórmula es:

Eficiencia =(Potencia de salida/Potencia de entrada) x 100

Por ejemplo, considere la potencia de entrada de un transformador de 100 vatios y el devanado secundario genera 80 vatios. Entonces, la eficiencia del transformador de ese circuito en particular será del 80 %.

Esto significa que hay una pérdida de energía del 20 % cuando la energía fluye desde el lado primario-secundario del transformador.

Tenga en cuenta que los niveles de potencia de entrada y salida del transformador deben ser los mismos para que esta relación siga siendo válida. Es decir, tanto la corriente primaria como la secundaria deben tener el mismo valor.

Si la corriente de entrada es mayor que la de salida, la eficiencia del transformador será inferior al 100 % y viceversa.

(fem)

Ecuación de fuerza electromotriz de un transformador

La fuerza electromotriz (emf) es simplemente la relación entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida en un transformador.

Su expresión es en términos de voltios/voltios o amperios/amperios.

Por ejemplo, considere que el voltaje de entrada del transformador es de 100 voltios y el voltaje de salida es de 95 voltios. Entonces, la fuerza contraelectromotriz de ese circuito en particular será 95/100 o 0,95 veces el voltaje de entrada.

Esto significa que hay una pérdida de energía de 0,05 voltios cuando la energía fluye desde el lado primario del transformador al lado secundario.

La fórmula para encontrar fem a través de una bobina secundaria de un transformador es:

E=N*delta/Vueltas^n

donde,

E:fuerza electromotriz en voltios.

N:número de vueltas en el devanado primario.

Delta/Turns^n:relación de vueltas de las bobinas primaria y secundaria.

Puede escribir la ecuación anterior como E=N*Turns^(n-x)

Donde 'n' indica el número de vueltas en la bobina secundaria y 'x' es igual a (N-n).

Esta ecuación muestra que la fem a través de un devanado secundario es directamente proporcional a las vueltas primarias e inversamente proporcional a (N-n).

(Transformador de tensión)

Potencia eléctrica en un transformador

Calcular la potencia eléctrica en un transformador es fácil, usando la Fórmula:Potencia =Voltaje x Corriente.

Donde 'Potencia' denota la potencia de entrada y 'Voltaje' y 'Corriente' denotan el voltaje y la corriente de entrada.

Por ejemplo:considere que la potencia nominal del transformador es de 100 vatios y el voltaje en su devanado primario es de 400 voltios. Entonces, la corriente que fluirá a través de él será de 0,25 amperios como potencia =voltaje x corriente.

Como puede ver aquí, la corriente consumida por un transformador es muy pequeña en comparación con su potencia nominal.

6. Resumen

Hemos brindado información sobre lo que hacen los transformadores y cómo funcionan en esta publicación de blog. Si está interesado en obtener más información sobre su proyecto relacionado con transformadores, ¡contáctenos! Nuestro equipo siempre está feliz de responder cualquier pregunta de usted.