Transformadores

CAPITULO UNO
TRANSFORMADORES
1.1. Definición
El transformador básico es un dispositivo eléctrico construido con dos bobinas acopladas magnéticamente entre sí, de tal forma que al paso de una corriente eléctrica por la primera bobina provoca una inducción magnética que implica necesariamente a la segunda bobina y provocando con este principio físico lo que se viene a llamar unatransferencia de potencia.
También se puede definir de la siguiente manera, aunque esta nueva definición hace hincapié en su funcionalidad:
El transformador es un dispositivo eléctrico que utilizando las propiedades físicas de la inducción electromagnética es capaz de elevar y disminuir la tensión eléctrica, transformar la frecuencia (Hz), equilibrar o desequilibrar circuitos eléctricos según lanecesidad y el caso específico. Dicho dispositivo eléctrico también es capaz de aislar circuitos de corriente alterna de circuitos de corriente continua.

1.2. El funcionamiento del transformador básico
Vamos a analizar cómo funciona un transformador.

Tenemos una fuente de alimentación de tensión o corriente alterna Eg, dos bobinas con N vueltas o espiras, una tensión inducida en la bobinasecundaria que denominamos E2, un flujo total ΦT que es la suma de dos flujos: el flujo mutuo Φm1 que corresponde al flujo que acopla magnéticamente a las dos bobinas más el flujo Φf1 que incide únicamente en la bobina primaria. La tensión E1 continua siendo igual a la tensión Eg. Se trata de un transformador en vacio porque no tiene una carga, además de que las dos bobinas están con un núcleo deaire. Es lo que se viene a denominar un transformador básico o elemental.
Las tensiones existentes en el circuito son dos. Entre los puntos 1 y 2 y, entre los puntos 3 y 4. Esto quiere decir, que entre cualquier otra combinación de puntos no existe tensión. Así que se puede decir, que las bobinas se encuentran aisladas en términos eléctricos.
El flujo Φm1 enlaza con su campo magnético las dosbobinas generando de esta forma una tensión E2. El flujo Φf1 solamente incide sobre las espiras de la bobina primaria y la podemos denominar como flujo de dispersión. El flujo ΦT es el flujo total, es decir la suma de los otros dos flujos. En el caso que las bobinas estén muy separadas, el flujo Φm1 es muy reducido y estaremos hablando de un acoplamiento de bobinas débil. Sin embargo, si se juntan lasdos bobinas, el flujo Φm1 aumenta respecto al flujo ΦT y se habrá conseguido un acoplamiento entre bobinas óptimo. Esta es la razón, por el cual, en la mayoría de los transformadores industriales se realizan los devanados de las bobinas uno encima del otro, para conseguir mejorar el acoplamiento.
Con un acoplamiento débil, no solamente disminuye el flujo Φm1, también se reduce la tensión E2. Sinembargo, al acercar las dos bobinas, se aumenta el flujo Φm1 y, por tanto, se aumenta la tensión E2. Así, que la relación entre el flujo Φm1 y la tensión E2 es proporcional.
El acoplamiento entre las bobinas primaria y secundaria es una medida física y, por lo tanto, se puede calcular. El cálculo se realiza con la siguiente ecuación:
K=Φm1/ΦT

En donde:
K es el coeficiente y no tieneunidades.

1.3. El transformador ideal

1.4.1. Transformador ideal sin carga

El transformador solamente cuenta o genera entre sus bobinas un solo flujo, esto es así porque se trata de un transformador ideal. Además de tener un solo flujo, cuando se realiza el estudio de un transformador ideal, se tiene en cuenta que no existe ningún tipo de pérdida y que el núcleo es totalmentepermeable. Se supone que en un transformador ideal, el flujo generado en la bobina primaria es totalmente capturado por la bobina secundaria y, por consiguiente, no existe ningún flujo de dispersión.

Se observa la relación existente entre las tensiones del circuito del transformador.

1.3.2 Transformador ideal con carga

Si deseamos conocer la relación de intensidades, debemos...