Investigacion sobre los transformadores PDF

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Definición del transformador El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. No obstante, los transformadores reales poseen pequeñas pérdidas dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

Partes que componen a un transformador Está constituido por: Dos bobinas de material conductor: -El devanado primario (o bobina primaria) está conectado a la fuente de energía y transporta la corriente alterna desde la línea de suministro. Puede ser un devanado de bajo o alto voltaje, dependiendo de la aplicación del transformador. -El devanado secundario (o bobina secundaria) es el que suministra energía a la carga y es donde se genera la fuerza electromotriz (f.e.m.) por el cambio de magnetismo en el núcleo al cual rodea. Puede ser un devanado de bajo o alto voltaje, dependiendo de la aplicación del transformador. El núcleo: Los núcleos de los transformadores vienen en una variedad de formas y materiales (sólidos, de aire, de acero, toroidales, etc.) y pueden variar considerablemente de tamaño. El tamaño del transformador afecta en gran medida el grado de eficiencia. La energía se disipa en los núcleos, devanados y las estructuras circundantes, lo que hace que la eficiencia de un transformador nunca sea del 100%.

Principio de funcionamiento de un transformador El principio básico sobre el que trabaja el transformador es Ley de electromagnetismo de Faraday. Inducción o inducción mutua entre las dos bobinas. El funcionamiento del transformador se explica a continuación. El transformador consta de dos devanados separados colocados sobre el núcleo de acero de silicio laminado. Ley de inducción de FARADAY

Faraday tuvo la intuición de darse cuenta que el cambio en el flujo , ΦB, de inducción magnética para la bobina de la izquierda y en los otros experimentos realizados era el factor común importante. Este flujo puede ser producido por un imán recto o por una espira de corriente. La ley de la inducción de Faraday dice que la fuerza electromotriz inducida, en un circuito es igual al valor negativo de la rapidez con la cual está cambiando el flujo que atraviesa el circuito. La ecuación que define la ley de inducción de Faraday la podemos expresar como:

El signo menos es una indicación del sentido de la fem inducida. Si la bobina tiene N vueltas, aparece una fem en cada vuelta que se pueden sumar, es el caso de los tiroides y solenoides, en estos casos la fem inducida será:

Podemos resumir diciendo “La fuerza electromotriz inducida en un circuito es proporcional a la rapidez con la que varía el flujo magnético que lo atraviesa, y directamente proporcional al número de espiras del inducido.”

El devanado al que está conectada la alimentación de CA es el llamado bobinado primario y al que está conectada la carga se denomina bobinado secundario. Funciona con la corriente alterna solo porque se requiere un flujo alterno para la inducción mutua entre los dos devanados.

Ley de Lenz

Aunque la ley de Faraday-Henry, a través de su signo negativo, establece una diferencia entre las corrientes inducidas por un aumento del flujo magnético y las que resultan de una disminución de dicha magnitud, no explica este fenómeno: Una forma de escribir la ley de Lenz en términos de la contribución de la corriente inducida al campo magnético total es la siguiente: el sentido de la corriente inducida es tal que su contribución al campo magnético total se opone a la variación del flujo de campo magnético que produce la corriente inducida. Así, cuando el polo norte de un imán se aproxima a una espira, la corriente inducida circulará en un sentido tal que la cara enfrentada al polo norte del imán sea también Norte, con lo que ejercerá una acción magnética repulsiva sobre el imán, la cual es preciso vencer para que se siga manteniendo el fenómeno de la inducción. Inversamente, si el polo norte del imán se aleja de la espira, la corriente inducida ha de ser tal que genere un polo Sur que se oponga a la separación de ambos. Sólo manteniendo el movimiento relativo entre espira e imán persistirán las corrientes inducidas, de modo que, si se detiene el proceso de acercamiento o de separación cesarían aquéllas y, por tanto, la fuerza magnética entre el imán y la espira desaparecería.

El sentido de la corriente inducida es tal que el campo magnético sociado a ella sed opone a la variación del flujo magnético del campo magnético externo

La ley de Lenz, que explica el sentido de las corrientes inducidas, puede ser a su vez explicada por un principio más general, el principio de la conservación de la energía. La producción de una corriente eléctrica requiere un consumo de energía y la acción de una fuerza desplazando su punto de aplicación supone

la realización de un trabajo. En los fenómenos de inducción electromagnética es el trabajo realizado en contra de las fuerzas magnéticas que aparecen entre espira e imán el que suministra la energía necesaria para mantener la corriente inducida. Si no hay desplazamiento, el trabajo es nulo, no se transfiere energía al sistema y las corrientes inducidas no pueden aparecer. Análogamente, si éstas no se opusieran a la acción magnética del imán, no habría trabajo exterior, ni por tanto cesión de energía al sistema. Podemos decir que el fenómeno de inducción electromagnética se rige por dos leyes: -La ley de Lenz: cualitativa, que nos da el sentido de la corriente inducida . -La ley de Faraday-Henry: cuantitativa, que nos da el valor de la corriente inducida.

Tipos de transformadores

Monofásicos: Los transformadores monofásicos son empleados frecuentemente para suministrar energía eléctrica para alumbrado residencial, tomacorrientes, acondicionamiento de aire, y calefacción.

Trifásicos: Es el de más extensa aplicación en los sistemas de transporte y distribución de energía eléctrica. Este tipo de transformadores se construyen para potencias nominales también elevadas. Se puede decir que está constituido por tres transformadores monofásicos montados en un núcleo magnético común.

Autotransformador: El autotransformador puede ser considerado simultáneamente como un caso particular del transformador o del bobinado con núcleo de hierro. Tiene un solo bobinado arrollado sobre el núcleo, pero dispone de cuatro bornes, dos para cada circuito, y por ello presenta puntos en común con el transformador. El principio de funcionamiento es el mismo que el de el transformador común.

Transformador de impedancia: Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc .) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Los transformadores de impedancia se construyen generalmente a partir de un núcleo de ferrita o hierro pulverizado que puede encontrarse en forma de anillo, toroide o barra casi siempre cilíndrica.

De potencia: Son los que se utilizan en las subestaciones y transformación de energía en alta y media tensión. Son Dispositivos de grandes tamaños, los transformadores de potencia deben ser muy eficientes y deben disipar la menor cantidad posible de energía en forma de calor durante el proceso de transformación. Las tasas de eficacia se encuentran normalmente por encima del 99% y se obtienen utilizando aleaciones especiales de acero para acoplar los campos magnéticos inducidos entre las bobinas primaria y secundaria.

Comunicaciones: Previstos para trabajar con tensiones y frecuencias variables. Se emplean, fundamentalmente, en aplicaciones electrónicas.

De medida: Los transformadores de medida permiten aislar los dispositivos de medición y protección de la alta tensión. Trabajan con corrientes o tensiones proporcionales las cuales son objeto de monitoreo, y consiguen evitar perturbaciones que los campos magnéticos pueden producir sobre los instrumentos de medición.

Elevador/Reductor de voltaje: Los Transformadores Reductores y Elevadores permiten a los operadores aumentar o disminuir la tensión eléctrica (VCA) para coincidir con los requisitos de carga.

De aislamiento: Los transformadores de aislamiento tienen una relación de 1:1 entre sus devanados primario y secundario. Lo que significa que ambos devanados tienen las mismas espiras (vueltas), por lo cual su salida entrega el mismo voltaje que se aplico a la entrada. Se utiliza principalmente como medida de protección.

De alimentación: Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible térmico que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme. Es utilizado principalmente para alimentar circuitos electrónicos.

Con diodo divido: Es un tipo de transformador de línea que incorpora diodos rectificadores para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

De frecuencia variable: Son pequeños transformadores de núcleo de hierro que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

De pulsos: Un transformador de pulso es un transformador mejorado que produce pulsos eléctricos de gran velocidad y amplitud constante. Suelen utilizarse en la transmisión de información digital y en transistores (especialmente con circuitos conductores de compuerta).

Flyback: Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con tubo de rayos catódicos para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Además, suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.).

Tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados.

Híbrido: Es un transformador de aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc. Este transformador se encarga de dividir las señales de entrada y las de salida. Convierte la comunicación bidireccional sobre dos hilos en dos conexiones unidireccionales a dos hilos, que entonces se le conoce como comunicación a 4 hilos. Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a la toma intermedia del secundario del transformador.

Referencias: http://maquinaselectricasg3.blogspot.com/p/definicion-de-un-transformador-y-partes.html https://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-electricas-yaccesorios/transformadores-electricos https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/cys/DI/electromagnetismo.pdf https://www.audax.com.pe/tipos-de-transformadores-electricos/...