Transformadores

Introducción

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1 Introducción
El transformador es un elemento muy utilizado en los sistemas eléctricos, porque permite trabajar en cada
situación con la tensión e intensidad más adecuadas.
Un caso significativo es el de los sistemas de potencia, en los que hace posible que la generación,
transporte y consumo de la energía eléctrica se realicen a las tensiones más rentables en cadacaso. El
transporte resulta más económico cuanto más alta sea la tensión, ya que la corriente y la sección de los
conductores son menores (intensidades pequeñas provocan menores pérdidas por efecto Joule). Razones
tecnológicas impiden que los alternadores de las centrales puedan proporcionar tensiones superiores a
los 30 kV. Por ello es necesaria la transformación en las centrales de estastensiones a las típicas de
transporte, generalmente inferiores a 400 kV (transformadores elevadores). Por otro lado, los aparatos
consumidores de la energía eléctrica no están diseñados para tensiones tan elevadas (por seguridad de
las personas), por lo que son normales las de 220 o 380 V, aunque también hay receptores de gran
potencia con tensiones nominales del orden de unos pocos kilovoltios. Denuevo se hace necesaria la
reducción de la tensión mediante los llamados transformadores de distribución. Esta reducción se realiza
en varias etapas, en función de los receptores y de las necesidades de la distribución.

Fig. 1.1 Generación, transformación, transporte y consumo de energía
eléctrica

El transformador también se utiliza en circuitos de baja potencia y tensión para otrasaplicaciones como,
por ejemplo, la igualación de impedancias de carga y fuente para tener máxima transferencia de potencia,
el aislamiento de circuitos, o el aislamiento frente a la corriente continua, sin perder la continuidad de la
corriente alterna. Otra aplicación es como dispositivo auxiliar de los aparatos de medida, reduciendo la
tensión o corriente de un circuito para adecuarla a la queaceptan los aparatos de medida: son los llamados
transformadores de medida.

© Los autores, 1998; © Edicions UPC, 1998.

Análisis de circuitos magnéticos

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2 Análisis de circuitos magnéticos
Los materiales magnéticos tienen una doble importancia en los dispositivos de conversión de energía.
Se pueden obtener grandes densidades de flujo con niveles relativamente bajos de fuerzamagnetomotriz.
Por otro lado, se pueden usar para delimitar y dirigir a los campos magnéticos en unas trayectorias
definidas: hacen en magnetismo el papel de conductores, al igual que los conductores eléctricos en
electricidad.
Para el estudio del transformador es necesario el conocimiento de los circuitos magnéticos y de las leyes
que los rigen. En el análisis de los circuitos magnéticos habitualesse emplean las ecuaciones de Maxwell
en su forma integral, con lo cual resultan leyes de uso común más sencillas. En concreto se utilizarán:
- la ley de Ampere,
- la ley de conservación del flujo,
- la ley de inducción de Faraday, y
- las propiedades magnéticas de los materiales empleados.

2.1 Ley de Ampere
La ley de Ampere se obtiene de la ecuación de Maxwell




D
rot H
J 
t

donde: H


J


D

(2.1)

= vector intensidad de campo magnético (A/m, amperio/metro),
= vector densidad de corriente (A/m2),
= vector desplazamiento (A·s/m2).

En los casos que se estudian habitualmente en la técnica, al trabajar con bajas frecuencias o con continua,
el término del vector desplazamiento es despreciable (es importante, por ejemplo, en el estudio de la
propagaciónde ondas electromagnéticas), por lo que para el estudio de circuitos
magnéticos queda:

© Los autores, 1998; © Edicions UPC, 1998.

Transformadores

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rot H
J

(2.2)

Escrita en forma integral (aplicando una integral de superficie a ambos lados de la misma) resulta la ley
de Ampere:


S




rot H dS



S




J dS



C




H dl



S




J dS...