TRANSFORMADORES

DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIAKEVIN RÍOS ESPINOZA

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INDUCTANCIA MUTUA• SI DOS BOBINAS ESTÁN ACOPLADAS DE MANERA

MAGNÉTICA, CREAN AISLAMIENTO ELÉCTRICO PORQUE NO EXISTE CONEXIÓN ELÉCTRICA ENTRE ELLAS, SINO SOLO UN VINCULO MAGNÉTICO. SI LA CORRIENTE QUE FLUYE POR LA PRIMERA BOBINA ES SINUSOIDAL, EL VOLTAJE INDUCIDO EN LA SEGUNDA BOBINA TAMBIÉN ES SINUSOIDAL. LA CANTIDAD DE VOLTAJE INDUCIDO EN LA SEGUNDA BOBINA A CONSECUENCIA DE LA CORRIENTE EN LA PRIMERA DEPENDE DE LA INDUCTANCIA MUTUA (LM), QUE ES LA INDUCTANCIA PRESENTE ENTRE LAS DOS BOBINAS. LA INDUCTANCIA DE CADA BOBINA Y LA CANTIDAD DE ACOPLAMIENTO (K) ENTRE LAS DOS BOBINAS ESTABLECEN LA INDUCTANCIA MUTUA. PARA LLEVAR AL MÁXIMO EL ACOPLAMIENTO ENTRE LAS DOS BOBINAS, SE ENROLLAN EN UN NÚCLEO COMÚN.

COEFICIENTE DE ACOPLAMIENTO

K =

INDUCTANCIA MUTUA

LM= K

EL TRANSFORMADOR BÁSICO

• UN TRANSFORMADOR BÁSICO ES UN DISPOSITIVO ELÉCTRICO CONSTRUIDO A PARTIR DE DOS BOBINAS DE ALAMBRE (DEVANADOS) ACOPLADOS MAGNÉTICAMENTE ENTRE SI, DE MODO QUE EXISTE INDUCTANCIA MUTUA PARA LA TRANSFERENCIA DE POTENCIA DE UN DEVANADO AL OTRO. El devanado primario es el

devanado de entrada (el que tiene la fuente de voltaje) y el secundario es el devanado de salida ( el que tiene el voltaje inducido)

CATEGORÍAS DEL MATERIAL DEL NÚCLEO

• EL TIPO DE MATERIAL DEL NÚCLEO Y LAS POSICIONES RELATIVAS DE LOS DEVANADOS ESTABLECEN LA CANTIDAD DE ACOPLAMIENTOS MAGNÉTICO PRESENTE ENTRE LOS DEVANADOS PRIMARIOS Y SECUNDARIO. MIENTRAS MÁS ESTRECHO ES EL ACOPLAMIENTO, MAYOR ES EL VOLTAJE INDUCIDO EN EL SECUNDARIO PARA CIERTA CANTIDAD DADA EN EL PRIMARIO.

RELACIÓN DE VUELTAS DIRECCION DE LOS DEVANADOS

• 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).

n =

• El sentido de los devanados determina la polaridad del voltaje a través delo devanado secundario con respecto al voltaje del devanado primario.

• En los símbolos esquemáticos ocasionales se colocan puntos sobre las fases para señalar polaridades.

TRANSFORMADOR ELEVADOR• UN TRANSFORMADOR DONDE EL

VOLTAJE SECUNDARIO ES MÁS GRANDE QUE EL VOLTAJE PRIMARIO SE LLAMA TRANSFORMADOR ELEVADOR. LA CANTIDAD EN QUE SE ELEVA EL VOLTAJE DEPENDE DE LA RELACIÓN DE VUELTAS.

• LA RELACIÓN DEL VOLTAJE SECUNDARIO (VSEC) AL VOLTAJE PRIMARIO (VPRI) ES IGUAL A LA RELACIÓN DEL NÚMERO DE VUELTAS PRESENTE EN EL DEVANADO SECUNDARIO (NSEC) AL NÚMERO DE VUELTAS QUE HAYA EN EL DEVANADO PRIMARIO (NPRI).

Fórmula

TRANSFORMADOR REDUCTOR

• Un transformador donde el voltaje secundario es menos que el voltaje primario. La cantidad en que se reduce el voltaje depende de la relación de vueltas. • La relación de vueltas de un

transformador reductor siempre es menos que 1 porque el número de vueltas en el devanado secundario siempre es menor que el número de vueltas en el devanado primario

CARGA DEL DEVANADO SECUNDARIO

• CUANDO SE CONECTA UNA CARGA RESISTIVA AL DEVANADO SECUNDARIO DE UN TRANSFORMADOR, LA RELACIÓN DE LA CORRIENTE DE CARGA (SECUNDARIO) Y LA CORRIENTE EN EL CIRCUITO PRIMARIO SE DETERMINA POR RELACIÓN DE VUELTAS.

Formula de corriente. Isec= Ipri

LA POTENCIA EN EL PRIMARIO ES IGUAL A LA POTENCIA EN LA CARGA

• CUANDO SE CONECTA UNA CARGA AL DEVANADO SECUNDARIO DE UN TRANSFORMADOR, LA POTENCIA TRANSFERIDA A 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 EL SECUNDARIO A LA CARGA.

Psec = Vpri Ipri = Ppri

CARGA REFLEJADA

= = ( ( Rpri = RL

IGUALACIÓN DE IMPEDANCIA

• Impedancia: es la oposición a la corriente, incluidos los efectos combinados tanto de resistencias como de reactancia.

• Una 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 le llama igualación de impedancia.

• Tienen una resistencia fija interna.• Se usa para conseguir la cantidad máxima de potencia

disponible del amplificador altavoz.• Se puede utilizar la característica de resistencia refleja

provista por un transformador para hacer que la resistencia de la carga parezca tener el mismo valor que la resistencia de la fuente, esto también se le denomina igualación de impedancia.

Fórmula:

TRANSFORMADOR NO IDEAL

RESISTENCIA DE DEVANADO• Tanto el devanado primario como el secundario de un

transformador práctico tienen resistencia de devanado.• En un transformador práctico, la resistencia de devanado

resulta en menos voltaje a través de una carga secundaria. Las caídas de voltaje provocadas por la resistencia de devanado se sustrae efectivamente de los voltajes primario y secundario, y producen un voltaje de carga que es menor al pronosticado por la relación Vsec nVpri.

PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO• SIEMPRE 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.

• LAS CORRIENTES PARÁSITAS SE PRESENTAN EN PATRONES CIRCULARES EN LA RESISTENCIA DEL NÚCLEO, POR LO QUE SE PRODUCE CALOR.

DISPERSIÓN DEL FLUJO MAGNÉTICO

En un transformador ideal, se supone que todo el flujo magnético producido por la corriente primaria pasa por el núcleo hacia el devanado secundario, y viceversa. La dispersión del flujo magnético da por resultado un voltaje secundario reducido.El porcentaje de flujo magnético que llega en realidad al devanado secundario determina el coeficiente de acoplamiento del transformador.

CAPACITANCIA DEL DEVANADO

• LAS CAPACITANCIAS PARÁSITAS TIENEN MUY POCO EFECTO EN LA OPERACIÓN DEL TRANSFORMADOR A BAJAS FRECUENCIAS (TAL COMO A FRECUENCIAS DE LÍNEA DE POTENCIA) PORQUE LAS REACTANCIAS (XC) SON MUY ALTAS. SIN EMBARGO, A FRECUENCIAS MÁS ALTAS, LAS REACTANCIAS DISMINUYEN Y COMIENZAN A PRODUCIR UN EFECTO DE DESVÍO A TRAVÉS DEL DEVANADO PRIMARIO Y DE LA CARGA SECUNDARIA.

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.

• LA RAZÓN POR LA QUE LA POTENCIA NOMINAL ESTÁ EN VOLT-AMPERES (POTENCIA APARENTE) Y NO EN WATTS (POTENCIA REAL O ACTIVA) ES LA SIGUIENTE: SI EN EL TRANSFORMADOR LA CARGA ES PURAMENTE CAPACITIVA O PURAMENTE INDUCTIVA, LA POTENCIA REAL (WATTS) SUMINISTRADA A LA CARGA ES DE CERO.

Fórmula:Il =

EFICIENCIA DE UN TRANSFORMADOR

• COMO LAS CARACTERÍSTICAS NO IDEALES QUE SE ACABAN DE ANALIZAR PROVOCAN PÉRDIDA DE POTENCIA EN EL TRANSFORMADOR, LA POTENCIA SECUNDARIA (SALIDA) SIEMPRE ES MENOR QUE LA POTENCIA EN EL PRIMARIO (ENTRADA). LA EFICIENCIA (H) DE UN TRANSFORMADOR MIDE EL PORCENTAJE DE LA POTENCIA DE ENTRADA QUE SE SUMINISTRA A LA SALIDA

TRANSFORMADORES CON TOMAS

• 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.

• ALGUNOS TRANSFORMADORES TIENEN TOMAS EN EL DEVANADO SECUNDARIO EN PUNTOS DIFERENTES DEL CENTRO ELÉCTRICO.

• UN EJEMPLO DE UN TRANSFORMADOR CON TOMAS MÚLTIPLES EN EL DEVANADO PRIMARIO Y UNA TOMA CENTRAL EN EL DEVANADO SECUNDARIO ES EL TRANSFORMADOR INSTALADO EN UN POSTE EN LA VÍA PÚBLICA.

TRANSFORMADORES CON MÚLTIPLES DEVANADOS

• ALGUNOS TRANSFORMADORES ESTÁN DISEÑADOS PARA OPERAR CON LÍNEAS DE 110 O 220 V DE CA.

• MÁS DE UN SECUNDARIO PUEDE SER ENROLLADO SOBRE UN NÚCLEO COMÚN. A MENUDO SE UTILIZAN TRANSFORMADORES CON VARIOS DEVANADOS SECUNDARIOS PARA LOGRAR DIVERSOS VOLTAJES ELEVANDO O REDUCIENDO EL VOLTAJE PRIMARIO. ESTOS TIPOS SE UTILIZAN COMÚNMENTE EN APLICACIONES DE FUENTE DE POTENCIA DONDE SE REQUIEREN VARIOS NIVELES DE VOLTAJE PARA LA OPERACIÓN DE UN INSTRUMENTO ELECTRÓNICO.

AUTOTRANSFORMADORES

• EN UN AUTOTRANSFORMADOR, UN DEVANADO SIRVE COMO PRIMARIO Y COMO SECUNDARIO. EL DEVANADO TIENE 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.

• 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 VARIAS).

LOCALIZACIÓN DE FALLAS

• DEVANADO PRIMARIO ABIERTO NO HAY CORRIENTE PRIMARIA• DEVANADO SECUNDARIO ABIERTO NO EXISTE CORRIENTE EN EL CIRCUITO

SECUNDARIO • DEVANADOS EN CORTOCIRCUITO O PARCIALMENTE EN CORTOCIRCUITO EXTRAERÁ DEMASIADO CORRIENTE DE LA FUENTE