Esquema

TEMA 6: TRANSFORMADORES
1. GENERALIDADES Definición: Llamamos transformador a la máquina estática de inducción electromagnética destinada a transformar un sistema de corrientes variables (alternas), de intensidad y tensión generalmente diferentes y de la misma frecuencia. Vista la definición, los elementos fundamentales que constituyen el transformador son:

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Devanados: inductor einducido, que transforman la energía eléctrica en magnética y viceversa, respectivamente. También se les llama devanado primario y secundario. Si la tensión en el secundario es mayor que en el primario estamos ante un transformador elevador; en caso de que sea menor será reductor; y en caso de que sean iguales es un transformador de aislamiento. Dependiendo del número de devanados y de su conexión a loscircuitos exteriores podemos tener trafos monofásicos, trifásicos, etc.

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Para aumentar la inducción magnética y mejorar el acoplamiento entre ambos devanados estos van arrollados sobre un núcleo cerrado común a base de material ferromagnético. Este núcleo puede estar formado de diferentes modos y que veremos más adelante en los aspectos constructivos.

2. FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADORMONOFÁSICO TRANSFORMADOR IDEAL Según la Ley de ampere ( H  l = F = N  i ), una corriente eléctrica producirá un campo magnético proporcional y normal a ella, rotacional cuyas líneas de campo serán tanto más concentradas cuanto mejores características magnéticas presente el medio. Por tanto si consideramos un núcleo magnético como el descrito en los apartados anteriores, se puede decir queprácticamente todo el campo creado por el devanado inductor circulará por él. Si consideramos varias corrientes, los campos creados por superposición darán lugar a un campo tanto mayor cuanto mayor número de espiras cuente el devanado. Si la corriente tiene una evolución alterna, el flujo creado será igualmente variable en el tiempo y al llegar al devanado inducido, según la Ley de d Faraday ( e 2  - N) inducirá en él dt una fem tanto mayor sea el flujo inductor y la velocidad de cambio de este, es decir, cuanto mayor sea la frecuencia. Teniendo en cuenta además el número de espiras de este devanado y que la evolución de las ondas alternas son senoidales podemos decir que el valor eficaz de la fem inducida tendrá la expresión: E 2  4,44 N 2 f1  max Y según el principio de reciprocidadelectromagnética, la fem del devanado inductor tendrá una expresión análoga. Por tanto vemos que las fem’s en el primario y secundario son proporcionales a las espiras respectivas (N). Llamando relación de transformación (m) a E1/E2 se observa que N1/N2 satisface por tanto esta expresión.
Siguiendo la evolución senoidal de la causa que lo produce, el flujo:

 (t )   max  sent
Por tanto:

d (t ) d ( max  sent )   N2 dt dt e2 (t )   N 2   max    cos t e2 (t )   N 2
Teniendo en cuenta que:

E2max   N 2   max    1    2    f1 E2  4,44  N 2  f1   max  E2  2  E2 max 

m

E1  4,44 N1 f1  max E1 N1   E 2  4,44 N 2 f1  max E2 N 2

Considerando un transformador ideal sin pérdidas ni caídas de tensión, las tensiones en bornes tanto en elprimario como en el secundario serán iguales a las fem’s internas respectivas (E1 = V1 ; E2 = V2). Como no existen pérdidas, la potencia de entrada será igual a la de salida y por tanto:

V1 · I1 = V2 · I2

despejando,

m

N1 V1 I 2   N 2 V2 I1

Esto indica que trabajando con altas tensiones se obtienen corrientes tanto menores y por tanto se requiere una sección menor en losconductores con el consiguiente ahorro económico.

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Funcionamiento en vacío con pérdidas en el hierro (PFE).

I0 N1
2/ V1 / f Hz

Si el devanado secundario se encuentra abierto, desconectados sus extremos de cualquier conexión externa, se dice que el transformador funciona en vacío. En este caso, aunque sí tenemos la tensión en el secundario V2, no circula ninguna corriente secundaria (I2...