TRANSFORMADORES

CORRIENTE  ALTERNA
Se denomina Corriente Alterna (AC: Altern Current) a la corriente alterna en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente.

La AC se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. 

Voltaje pico a pico (VPP): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Una señal sinusoidal que oscila entre +Vo y -Vo.  VPP = 2Vo

VRMS (root mean square, valor cuadrático medio). 

SIMBOLOGIA DE LOS TRANSFORMADORES
Transformadores
Es una máquina electromagnética que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio (material ferromagnético). Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la tensión alta o baja, respectivamente. También existen transformadores con más devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético.
Componente que consiste en dos o más bobinas acopladas por inducción magnética. Se utiliza para transferir energía eléctrica.

Tipos de Transformadores

Partes de un Transformador

¿Por qué los núcleos no se construyen macizos, sino en láminas (chapas de hierro)? para evitar la formación de corrientes de FOUCAULT (corrientes parásitas). Las variaciones del campo magnético del primario originan corrientes inducidas en el secundario  (autoinducción), corrientes inducidas en el mismo primario (autotransformación) y corrientes en el núcleo magnético (corrientes parásitas).

Funcionamiento 

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

-La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.

- Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro.

-Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.

- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje. Habría una corriente si hay una carga (ejemplo, al secundario está conectado a una resistencia).
Recibe el nombre de bobina primaria la que está conectada a la fuente de voltaje de AC.
Y bobina secundaria, aquella donde la corriente es inducida. 

El principio de acción se debe al fenómeno de inducción mutua entre dos bobinas de distinto número de espiras. Las corrientes inducidas en el secundario solo aparecen cuando el campo magnético creado en el primario es variable, por lo cual un transformador sólo funciona con corriente alterna.

Si la corriente fuera continua, se produciría un campo magnético constante o estático semejante al que se origina en un imán permanentemente.
Los transformadores se utilizan para elevar o disminuir el voltaje en un circuito de AC. Si lo elevan se denomina de elevación, si lo disminuyen se llaman de reducción.
Cuando el secundario tiene un mayor numero de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje.  Cuando el secundario tiene un numero menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado secundario.

Relación de Transformación

Relación de transformación: Es la relación entre el número de espiras del primario y del secundario, la cual es igual a la relación entre la tensión del primario y la tensión del secundario sin carga.

Relación entre corrientes: Es inversa a la relación de transformación.

Rendimiento: Expresa cuánta potencia se aplica al transformador y cuanta entrega este a la carga. La diferencia se pierde en los devanados en forma de calor por efecto JOULE, debido a que estos no tienen una resistencia nula, y también en el núcleo debido a histéresis y corrientes de Foucault.
Núcleos: Son las chapas de material ferro-magnético, hierro al que se añade una pequeña porción de silicio. Se recubre de barniz aislante que evita la circulación de corrientes de Foucault.


La razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de tensión. Es una relación directamente proporcional.
Y la relación entre el número de vueltas y la corriente, es inversamente proporcional.

P = V x I (en watts)
Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede calcular su potencia.

Pi = Ps
En un transformador ideal la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él (se desprecian las pérdidas por calor).


APLICACIÓN

En un transformador elevador, la bobina del primario tiene 10 vueltas y la bobina del secundario tiene 100 vueltas; calcular, la relación de transformación será:




En un transformador reductor, la bobina del primario tiene 800 vueltas, alimentado a 120 V. En el secundario hay tres posibles salidas de 3V, 15V y 30V. calcular, la relación el número de vueltas que ha de tener cada parte del secundario:


NÚCLEOS
Para atenuar los efectos de las corrientes de Foucault, los núcleos no se construyen de una sola pieza de hierro, sino que está formado por una serie de chapas de este metal, apiladas formando un solo bloque. Estas chapas pueden estar cortadas en forma de E y de I o en forma de F.
En la práctica, para disminuir al máximo las pérdidas por histéresis magnética se recurre al uso de núcleos de materiales capaces de imanarse y desimanarse fácil y rápidamente, tal como el hierro silicio.

TALLER DE TRANSFORMADORES

(1). Calcular la relación de vueltas de un transformador con primario a 480 V y secundario a: 120V; 240V; 480V; 48V

(2). Calcular el número de vueltas que debe tener el secundario de un transformador si el primario es de 120V con 250 vueltas y el secundario es de:
12V; 5V; 24V; 240V

(3). Calcular la corriente del primario en un  transformador ideal con primario a 600V y secundario a 120V si la carga conectada al secundario consume:
12A; 65A; 90A; 5A

(4). Un transformador tiene N1 = 40 espiras en el arrollamiento primario y N2 = 100 espiras en el arrollamiento secundario. Calcular:

a. La FEM secundaria si se aplica una tensión de 48 V (No tener en cuenta las pérdidas en el núcleo, los flujos de dispersión y en los arrollamientos).

(5). Se pretende dimensionar un transformador 1000/120 V, para una frecuencia de 50 Hz. Si tiene un arrollamiento primario de 866 espiras. Calcular:

a. El arrollamiento del secundario

(6). Una máquina monofásica de 240V que consume 50A debe alimentarse de un sistema eléctrico de 480V cuyo tablero de distribución se encuentra a 50 metros de distancia, a través de un transformador. El cableado se hará con conductores THWN. Determinar:

a. La potencia mínima que debe tener el transformador

b. El calibre de los conductores del secundario con un margen
de sobrecarga del 25%.
c. El calibre de los conductores que alimentan el primario








Pruebas de los Transformadores




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VIDEO: TRANSFORMADORES
https://youtu.be/4Li8urLgtN0


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