transformadores

Transformadores

Figura 28-25 con N1 vueltas en el primario y N2 vueltas en el
secundario
Un transformador es un dispositivo para variar las tensiones y corrientes alternas sin pérdida apreciable de potencia. Su funcionamiento se basa en el hecho de que una corriente alterna en un circuito inducirá una fem alterna en otro circuito próximo debido a la inductancia mutua entre ambos. En lafigura 28-25 se indica un transformador simple compuesto por dos bobinas de hilo conductor arrolladas sobre un núcleo de hierro común. La bobina que se conecta a la fuente de entrada se denomina primario y la otra, secundario. Puede utilizarse cualquiera de los dos arrollamientos de un transformador para primario o secundario. La función del núcleo de hierro consiste en aumentar el campo magnéticocreado por una corriente determinada y para que se vea constreñido de forma que prácticamente todo el flujo magnético que atraviese uno de los arrollamientos atraviese el otro.
 El núcleo de hierro está formado por láminas para reducir las corrientes de Foucault y las pérdidas consiguientes. Existen otras pérdidas de potencia debido al calentamiento Joule de las pequeñas resistencias que formanambos arrollamientos y a la histéresis que se presenta en el núcleo de hierro. Despreciaremos estas pérdidas y consideraremos un transformador ideal con un rendimiento del 100 por ciento, en el que toda la potencia suministrada al arrollamiento primario aparece en el secundario. Los transformadores comerciales suelen tener rendimientos comprendidos entre el 90 y el 95 por ciento.
Consideremos untransformador que tiene un generador de ca de fem  conectado al primario con NI vueltas, mientras que el circuito del secundario, que tiene N2 vueltas, está abierto. Debido al núcleo de hierro, existe un flujo magnético grande que atraviesa ambos arrollamientos aunque la corriente magnetizante  Im en el circuito primario sea muy pequeña. Podemos despreciar las resistencias de los arrollamientos encomparación con sus reactancias inductivas. El primario es entonces un circuito simple formado por un generador de fem alterna y una inductancia pura como el estudiado en la sección 28-2. La corriente (de magnetización) y la tensión en el primario están desfasadas entre sí en 900 y la potencia media disipada en el arrollamiento primario es cero. Si es el flujo magnético que atraviesa una es- pirao vuelta del primario, la caída de tensión en él es  Aplicando la regla de las mallas de Kirchhoff al circuito del primario se tiene entonces:

o sea

28-61
Si se considera que no existe ninguna pérdida de flujo en el núcleo de hierro, el flujo que atraviesa cada espira es el mismo en ambos arrollamientos. Así pues, el flujo total que atraviesa el arrollamiento secundario es N2 Y la tensiónque aparece en dicho secundario es

28-68  
Comparando estas ecuaciones, podemos ver que  

28-63  
Si N2 es mayor que NI, la tensión en el secundario es mayor que la aplicada al primario y el transformador se designa como transformador elevador o de alta. Si N2 es menor que N1 la tensión en el secundario es menor que en el primario y el transformador recibe el nombre de transformadorreductor o de baja.
Consideremos a continuación lo que ocurre cuando colocamos una resistencia R denominada resistencia de carga conectada al secundario. Entonces aparecerá una corriente I2 en el circuito del secundario que estará en fase con la tensión V2 aplicada a la resistencia. Esta corriente originará un flujo adicional a través de cada espira que es proporcional a N2I2 Este flujo se oponeal flujo original creado por la corriente magnetizante original Im del primario. Sin embargo, la tensión que aparece en el arrollamiento primario está determinada por la fem del generador, que no se ve afectada por el circuito secundario. De acuerdo con la ecuación 28-61, el flujo total en el núcleo de hierro debe variar al ritmo original; es decir, el flujo total en el núcleo de hierro debe ser...