Transformadores
Principio de funcionamiento
Representación
esquemática del transformador.
El
funcionamiento de los transformadores se basa en el fenómeno de la inducción
electromagnética, cuya explicación matemática se resume en las ecuaciones de
Maxwell.
Al aplicar
una fuerza electromotriz en el devanado
primario o inductor, producida esta por la corriente eléctrica que lo
atraviesa, se produce la inducción de un flujo magnético en el núcleo de
hierro. Según la ley de Faraday, si dicho flujo magnético es
variable, aparece una fuerza electromotriz en el devanado secundario o
inducido. De este modo, el circuito eléctrico primario y el circuito eléctrico
secundario quedan acoplados mediante un campo magnético.
La tensión
inducida en el devanado secundario depende directamente de la relación entre el
número de espiras del devanado primario y secundario y de la tensión del
devanado primario. Dicha relación se denomina relación de transformación.
Relación de transformación
La relación
de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la
tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la
relación entre la tensión de salida y la de entrada.
La relación
entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), aplicada al devanado
primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), obtenida en el
secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados
primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:
La relación
de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el
bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el
número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario
habrá el triple de tensión.
Donde: (Vp)
es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la
tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la
corriente en el devanado primario o corriente de
entrada, e (Is) es la
corriente en el devanado secundario o corriente de salida.
Esta
particularidad se utiliza en la red de transporte de energía
eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y
pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se
minimiza el costo de los conductores.
Así, si el
número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del
primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios
en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100
veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el
número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación
de vueltas del transformador o relación de transformación.
Ahora bien,
como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en
caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:
El producto
de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante,
con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario
es de 10 amperios,
la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
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