Operación de un Transformador

El núcleo de un transformador

El núcleo de un transformador está formado por láminas de acero laminado colocadas de modo que haya un espacio de aire mínimo entre cada lámina. Esto se hace para proporcionar una trayectoria continua al flujo magnético. El tipo de acero que se utiliza proporciona una alta permeabilidad y reduce las pérdidas por corrientes parásitas y las pérdidas por histéresis.

Tipos de transformadores

Existen varios tipos de transformadores con distintas variaciones geométricas.

Transformador de núcleo

En un transformador de núcleo, las bobinas tienen forma cilíndrica y están colocadas en el núcleo, como se muestra en la figura 2. Las bobinas cilíndricas tienen distintas capas, y cada capa está aislada de la otra. Los transformadores de núcleo existen en versiones de pequeño y gran tamaño. El área efectiva del núcleo del transformador puede reducirse con el uso de laminación y aislamiento.

Transformador de carcasa

En un transformador tipo carcasa, las bobinas se montan en capas y se apilan con aislamiento entre ellas. Un transformador tipo cáscara puede tener una forma rectangular simple, como se muestra en la figura 3 (izquierda), o puede tener una configuración distribuida (derecha).

Figura 3. Transformador rectangular tipo carcasa (izquierda) y transformador distribuido tipo carcasa (derecha). Fuente: CircuitsToday.

Transformador tipo zigzag o estrella de interconexión

Un transformador en zigzag tiene una conexión en zigzag, en la que las corrientes de los devanados del departamento del núcleo fluyen en direcciones opuestas para evitar la saturación.

Figura 4. Configuración de un transformador en zigzag.

Usos y finalidades de un transformador

Los transformadores se clasifican en función de sus usos, finalidades y alimentación. Hay dos fines principales para los que se utilizan los transformadores:

• Los transformadoreselevadores se utilizan para aumentar la tensión en el devanado secundario. Un transformador elevador tiene más vueltas en la bobina secundaria que en la primaria.
• Los transformadoresreductores se utilizan para disminuir la tensión en el devanado secundario. Un transformador reductor tiene menos espiras en la bobina secundaria que en la primaria.

La ecuación de la relación de transformación especifica la relación entre las tensiones secundaria y primaria _V1 y _V2 medidas en Voltios, las corrientes _I1 e _I2 medidas en Amperios, y el número de espiras de las bobinas _n1 y _n2. Esta relación puede utilizarse para disminuir o aumentar una cantidad proporcionalmente al segundo devanado o al primario.

\[a = \frac{n_1}{n_2} = \frac{V_1}{V_2} = \frac{I_2}{I_1}].

La ecuación del transformador ideal

La relación de tensiones es igual a la relación del número de espiras, como se indica en las ecuaciones anteriores. En un transformador ideal sin pérdidas de energía eléctrica, que incluye las pérdidas en el núcleo, las pérdidas por corrientes parásitas o las pérdidas por histéresis, la potencia de entrada es igual a la potencia de salida.

Por tanto, el rendimiento del transformador es del 100%, o la relación entre la potencia de salida y la de entrada es 1. Esto también se muestra en la siguiente ecuación del transformador ideal, donde _I1 y V1 _son la corriente y la tensión del devanado primario, respectivamente, mientras que _I2 y _V2 son la corriente y la tensión del devanado secundario, respectivamente.

\[\text{Potencia de entrada = Potencia de salida} \qquad V_1 \cdot I_1 = V_2 \cdot I_2\]

Transformadores monofásicos y trifásicos

Los transformadores también pueden clasificarse en función de su tipo de alimentación. Existen dos tipos de alimentación:

• Los transformadoresmonofásicos contienen un conductor y un hilo neutro. Funcionan mediante un ciclo de tensión que opera en una fase temporal y se utilizan mucho enlatecnología actual para convertir los valores de corriente alterna en los deseados.
• Los transformadorestrifásicos se utilizan mucho en aplicaciones de distribución y redes eléctricas. Funcionan con el mismo principio que los transformadores monofásicos. Sin embargo, tienen tres conductores, cada uno de los cuales contiene un conjunto de devanados primario y secundario y un hilo neutro.

La corriente en un transformador trifásico tiene tres picos y tres valles en cada periodo. Por tanto, la amplitud máxima se alcanza muchas veces, lo que ayuda a suministrar potencia a un ritmo constante.