Brandon Cerdas Montero

TRANSFORMADORES

TEMAS POR DESARROLLAR:*INDUCTANCIA MUTUA

*COEFICIENTE DE ACOPLAMIENTO*TRANSFORMADORES BASICOS

*RELACIÓN DE VUELTAS*CARGA REFLEJADA

*IGUALACIÓN DE IMPEDANCIA*TRANSFORMADOR REAL

*POTENCIA NOMINAL DE UN TRANSFORMADOR*TRANSFORMADORES CON TOMAS

*AUTOTRANSFORMADORES

INDUCTANCIA MUTUACuando se colocan dos bobinas muy cercanas entre

sí, el campo electromagnético varianteproducido por la corriente que fluye por una bobina

provocará un voltaje inducido en la segundabobina a causa de la inductancia mutua presente

entre las dos bobinas

Coeficiente de acoplamientoEl coeficiente de acoplamiento, k, entre dos bobinas es la relación de las líneas de fuerza

Magnéticas (flujo) producidas por la bobina 1, y que enlazan la bobina 2 (f1-2), con el flujo total producido por la bobina 1 (f1).

Por ejemplo, si la mitad del flujo producido por la bobina 1 enlaza la bobina 2, entonces k 0.5. Un valor más grande de k indica que más voltaje se induce

en la bobina 2 con cierta razón de cambio de la corriente que circula en la bobina 1. Observe que k no tiene unidades. Recordemos que la unidad para líneas de fuerza

magnéticas (flujo) es el weber, abreviado Wb.El coeficiente de acoplamiento, k, depende de la cercanía física de las bobinas y del tipo de

material del núcleo sobre el cual están enrolladas. Asimismo, la construcción y forma de los núcleos son factores.

k = f1–2f1

Fórmula para inductancia mutuaLos tres factores que influyen en la inductancia mutua (k, L1 y L2)

La fórmula para inductancia mutua es

LM = k1L1L2

EL TRANSFORMADOR BÁSICO

Un transformador básico es un dispositivo eléctrico construido a partir de dos bobinas de alambre (devanados) acopladas magnéticamente entre sí, de modo que existe inductancia mutua para la transferencia de potencia de un devanado al otro.

Construcción de un transformador común

Relación de vueltasUn parámetro de un transformador que es útil para entender cómo funciona un transformador es larelación de vueltas. La relación de vueltas (n) se define como la relación del número de vueltas que hay en el devanado secundario (Nsec) al número de vueltas presentes en el devanado primario (Npri).Esta definición de relación de vueltas está basada en el estándar IEEE para transformadores depotencia electrónicos tal como se especifica en el diccionario IEEE. Otras categorías de transformadorpueden tener una definición diferente, así que algunas fuentes definen la relación de vueltascomo Npri/Nsec. Cualquier definición es correcta en tanto esté formulada claramente y seautilizada en forma consistente. La relación de vueltas de un transformador rara vez, si es que ocurreen alguna ocasión, se da como especificación de transformador. En general, los voltajes de entraday salida y la potencia nominal son las especificaciones clave. Sin embargo, la relación devueltas resulta útil al estudiar el principio de operación de un transformador.

n = Nsec /Npri n= 400 /100 = 4

Dirección de los devanadosEl sentido de los devanados determina la

polaridad del voltaje a través del devanado secundario (voltaje secundario) con respecto al voltaje

del devanado primario (voltaje primario). En los símbolos esquemáticos ocasionalmente se colocan

puntos sobre las fases para señalar polaridades

TRANSFORMADORES

Elevadores

Vsec/Vpri =

Nsec/Npri

Reductores

La relación de vueltas de un transformador reductor siempre es menor que 1 porque el númerode vueltas en el devanado secundario siempre es menor que el número de vueltas en el devanado primario.

Aislamiento de cdSi a través del primario de un transformador fluye corriente directa, en el

secundario no sucede nada. La razón es que se requiere de corriente variante en el tiempo en el devanado primario para inducir voltaje en el devanado secundario,

como se muestra en la parte (b). Por consiguiente, el transformador aísla el circuito secundario de cualquier voltaje de cd presente en el circuito primario. Un

transformador que se utiliza estrictamente para aislamiento tiene una relación de vueltas de 1.

La potencia en el primario es igual a la potencia en la cargaCuando se conecta una carga al devanado secundario de un transformador, la potencia transferidaa la carga nunca puede ser mayor que la potencia en el devanado primario. Para un transformador ideal, la potencia suministrada al primario es igual a la potencia suministrada por elsecundario a la carga. Cuando se consideran las pérdidas, algo de potencia se disipa en el transformadoren lugar de en la carga; por consiguiente, en la carga la potencia siempre es menor que en el primario.

Ppri = Vpri Ipri

Psec = Vsec Isec

Isec = (1/n ) Ipri

Vsec = nVpri

Psec = (1/n )n Vpri Ipri

Psec = Vpri Ipri = Ppri

Carga reflejada La carga (RL) en el secundario de un transformador se refleja en el primario a causa de la acción del transformador. La carga aparece ante la fuente en el primario como si fuera una resistencia (Rpri) con un valor determinado por la relación de vueltas y el valor real de resistencia de la carga. La resistencia Rpri se llama resistencia reflejada.

IGUALACIÓN DE IMPEDANCIAUna aplicación de los transformadores se encuentra en la igualación de una resistencia de carga frente a una resistencia de fuente para lograr una transferencia de potencia máxima. Esta técnica se llama igualación de impedancia. Recuerde que el teorema de transferencia de potencia máxima se estudió en el capítulo 8. En sistemas de audio, a menudo se utilizan transformadores igualadores de impedancia para conseguir la cantidad máxima de potencia disponible del amplificador al altavoz.

CARACTERÍSTICAS DE UN TRANSFORMADOR NO IDEAL (TRANSFORMADOR REAL)

La operación de un transformador fue analizada desde un punto de vista ideal. Es decir,la resistencia de devanado, la capacitancia de devanado, y las características no idealesdel núcleo se omitieron y el transformador fue tratado como si su eficiencia fuera del

100%. Para estudiar los conceptos básicos y en muchas aplicaciones, el modelo ideal esválido. Sin embargo, el transformador práctico tiene varias características no ideales

PÉRDIDAS EN EL NÚCLEOSiempre hay algo de conversión de energía en el material del núcleo de un transformador práctico. Esta conversión aparece como calentamiento de los núcleos de ferrita y hierro, pero no ocurre en núcleos de aire. Una parte de esta conversión de energía tiene lugar a causa de la inversión continua del campo magnético provocada por la dirección cambiante de la corriente en el primario; este componente de la conversión de energía se conoce como pérdida por histéresis.

Potencia nominal de un transformador

Un transformador de potencia, por lo general, se clasifica en volt-amperes (VA), voltaje primario/secundario, y frecuencia de operación. Por ejemplo, una clasificación de transformador dada puede especificarse como de 2 kVA, 500/50, 60 Hz. El valor de 2 kVA es la potencia nominal aparente.

La clasificación de un transformador puede resultar muy útil al seleccionar el transformador apropiado para una aplicación dada. Suponga, por ejemplo, que 50 V son el voltaje secundario. En este caso, la corriente a través de la carga es

Transformadores con tomasLa toma central (CT, por sus siglas en inglés) equivale a dos devanados secundarioscon la mitad del voltaje total a través de cada uno. Los voltajes entre uno u otro extremo del devanado secundario y la toma central son, en cualquier instante, iguales en magnitud pero opuestos en polaridad, como ilustra la figura 14-26(b).Aquí, por ejemplo, en algún instante en el voltaje sinusoidal, la polaridad a través de todo el devanadosecundario es como se muestra (extremo superior , inferior ). En la toma central, el voltaje es menos positivo que en el extremo superior, pero más positivo que en el extremo inferior del secundario. Por consiguiente, medido con respecto a la toma central, el extremo superior del secundario es positivo y el inferior es negativo. Esta configuración de toma central se utiliza en muchos rectificadores de fuente de potencia donde el voltaje de ca se transforma en cd

AUTOTRANSFORMADORESEn un autotransformador, un devanado sirve como primario y como secundario. El devanadotiene tomas en los puntos apropiados para lograr la relación de vueltas deseada y elevar o reducir el voltaje.Los autotransformadores difieren de los transformadores convencionales en que no existe aislamiento eléctrico entre el primario y el secundario, porque ambos se encuentran en un solo devanado. Los autotransformadores normalmente son más pequeños y livianos que los transformadores convencionales equivalentes, ya que requieren un valor de kVA mucho más bajo para una carga dada. Muchos autotransformadores tienen una toma ajustable que utiliza un mecanismo de contacto deslizante de modo que el voltaje de salida pueda ser variado (éstos a menudo se llaman variacs).