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Universidad Del Valle De México Profesor: Melchor Eduardo Muñoz Lara Materia: Electricidad Y Magnetismo Alumno: Daniel Abraham Macías Gómez Matricula: 870198222 Carrera: Ingeniero En Mecatrónica Realizar una investigación con respecto a los transformadores: 1. ¿Qué es? 2. ¿Cómo funciona? 3. Eficiencias Y Perdidas. 4. ¿Para qué sirve? 5. ¿Qué hay dentro? 6. Uso de los transformadores. 7. Transformadores ideales.

17/Mayo/2021

¿Qué es un transformador? Un transformador es una máquina eléctrica que, basándose en los principios de inducción electromagnética, transfiere energía de un circuito eléctrico a otro, sin cambiar la frecuencia. La transferencia se lleva a cabo con el cambio de voltaje y corriente. Un transformador aumenta o disminuye la corriente alterna cuando es necesario. Estas máquinas ayudan a mejorar la seguridad y eficiencia de los sistemas de energía durante su distribución y regulación a través de largas distancias.

¿Como funciona un transformador? El funcionamiento de un transformador se basa en el principio de inducción electromagnética. El transformador se compone de dos bobinas, con distintas cantidades de vueltas. Ambas bobinas están unidas por un material ferromagnético para disminuir las pérdidas del transformador. Se aplica un voltaje de corriente alterna al devanado primario, lo que genera en este un campo magnético, que se traslada a través del material ferromagnético al devanado secundario. Al ser un campo magnético variable (debido a la corriente alterna) genera en el devanado secundario una fem (fuerza electromotriz). Este voltaje va a depender de 3 factores:  La cantidad de vueltas que tiene el devanado primario (N1)  La cantidad de vueltas que tiene el devanado secundario (N2)  El voltaje aplicado en el devanado primario El voltaje generado en el segundo devanado quedara dado por la siguiente formula V2 = (N2/N1) * V1

Eficiencia y pérdidas Un transformador eléctrico no emplea partes móviles para transferir energía, lo que significa que no existe fricción ni pérdidas en el devanado. De cualquier forma, un transformador sí puede sufrir algunas pérdidas de cobre y hierro. Las primeras ocurren debido a la pérdida de calor durante la circulación de corriente alrededor de los devanados de cobre, resultando en pérdida de la energía eléctrica. Estamos hablando de la mayor pérdida en la operación de un transformador eléctrico. Por otro lado, las de hierro son causadas por el rezago de las moléculas magnéticas dentro del núcleo. Esto sucede como respuesta a la alternancia del flujo magnético, lo que resulta en fricción, la cual a su vez produce calor, que igualmente genera pérdidas en la energía del núcleo. Esta pérdida se puede ver reducida si el núcleo está construido con aleaciones especiales de acero.

La intensidad de la pérdida de energía determina la eficiencia de un transformador eléctrico, representada en términos de pérdida de energía entre los devanados primarios y secundarios. La eficiencia resultante se calcula en términos de la tasa de salida de energía en el devanado secundario hacia la entrada de energía del primario. Idealmente, la eficiencia de un transformador eléctrico debe estar entre el 94 y 96 %.

¿Qué hay dentro de un transformador eléctrico? Los tres componentes más importantes de un transformador son el núcleo magnético, el devanado principal y el secundario. El devanado principal es la parte que está conectada a una fuente eléctrica, de donde se produce el flujo magnético inicialmente. Estas bobinas están aisladas una de la otra, y el flujo principal se induce en el devanado principal, de donde pasa el núcleo magnético enlazándose al secundario a través de un camino de reluctancia baja. El núcleo retransmite el flujo al devanado secundario para crear un circuito magnético que cierre el flujo; así, un camino de reluctancia baja se crea dentro del núcleo para maximizar el enlace del flujo. El devanado secundario ayuda a completar el movimiento del flujo que empieza en el primario, y usando el núcleo alcanza al secundario. Este último puede alcanzar un impulso cuando ambos devanados están enrollados en el mismo núcleo, permitiendo que los campos magnéticos creen movimiento. En todos los tipos de transformadores, el núcleo magnético se ensambla apilando láminas de acero dejando un espacio de aire mínimo requerido para asegurar la continuidad del camino magnético.

¿Para qué sirve un transformador? Es muy probable que en todos lados donde encontremos energía eléctrica, haya previamente un transformador que este proveyendo la energía con el potencial justo. Es por eso por lo que el uso de un transformador es prácticamente universal, de igual forma a continuación detallaremos alguno de los usos más comunes de estos:  Para distribución de energía. Es mucho más eficiente transportar la energía con alto potencial y baja intensidad. Es por esto por lo que se utilizan los transformadores para elevar el potencial a alta tensión. Sin embargo, en nuestros hogares tenemos corriente de baja tensión. Por lo que también se necesitan transformadores para pasar de alta a media y baja tensión.  Para protección de maquinaria eléctrica. En las industrias, los transformadores son muy utilizados para proteger y aislar los equipos eléctricos, controlando los pulsos de energía.  Para general altos voltajes. Los transformadores son muy utilizados en el ámbito ferroviario para hacer mover las maquinarias que necesitan de un alto voltaje para funcionar.

Uso de los transformadores     

Disminuir o aumentar el nivel de voltaje en un circuito de corriente alterna. Subir o bajar el valor de un inductor o capacitor en un circuito de corriente alterna. Prevenir el paso de corriente continua de un circuito a otro. Aislar dos circuitos eléctricos. Intensificar el nivel de voltaje en el sitio de la generación de energía antes de que ocurra la transmisión y distribución.

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Las aplicaciones comerciales de un transformador eléctrico incluyen estaciones de bombeo, vías de ferrocarril, establecimientos industriales y comerciales, molinos, y unidades de generación de energía.

Transformadores ideales El transformador que está libre de todo tipo de pérdidas se conoce como un transformador ideal. Es un transformador imaginario que no tiene pérdida de núcleo, ni resistencia óhmica ni flujo de fuga. El transformador ideal tiene la siguiente característica importante. 1. La resistencia de su bobinado primario y secundario se convierte en cero. 2. El núcleo del transformador ideal tiene una permeabilidad infinita. El infinito permeable significa menos corriente de magnetización requerida para magnetizar su núcleo. 3. El flujo de fuga del transformador se convierte en cero, es decir, la totalidad del flujo induce en el núcleo del enlace del transformador con su devanado primario y secundario. 4. El transformador ideal tiene una eficiencia del 100 por ciento, es decir, el transformador está libre de histéresis y pérdida de corriente parásita. Las propiedades mencionadas anteriormente no son posibles en el práctico transformador. En un transformador ideal, no hay pérdida de potencia. Por lo tanto, la potencia de salida es igual a la potencia de entrada.

Desde el ∞ N2 y E1 ∞ N1, también E1 es similar a V1 y E2 es similar a V2 Por lo tanto, la relación de transformación estará dada por la ecuación que se muestra a continuación

Las corrientes primarias y secundarias son inversamente proporcionales a sus respectivos giros.

Comportamiento del transformador ideal Considere el transformador ideal que se muestra en la siguiente figura. La fuente de voltaje V1 Se aplica a través del devanado primario del transformador. Su devanado secundario se mantiene abierto. Entonces1 y N2 Son los números de vueltas de su devanado primario y secundario. El actual yometro Es la corriente de magnetización que fluye a través del devanado primario del transformador. La corriente magnetizaste produce el flujómetro en el núcleo del transformador. Como la permeabilidad del núcleo es infinita, el flujo del enlace del núcleo con el devanado primario y secundario del transformador.

El enlace de flujo con el devanado primario induce el emf E1 Debido a la autoinducción. La dirección de la inducción emf es inversamente proporcional a la tensión aplicada V1. La emf e2 Induce en el devanado secundario del transformador debido a la inducción mutua.

Diagrama fasorial del transformador ideal El diagrama de fasores del transformador ideal es: Se muestra en la siguiente figura. Como la bobina del transformador primario es puramente inductiva, la corriente de magnetización se induce en el retardo del transformador 90º por la tensión de entrada V1. El e1 y E2 son las fem inducidas en el devanado primario y secundario del transformador. La dirección de la inducción emf es inversamente proporcional a la tensión aplicada

Diagrama de fasor de un transformador ideal Punto para recordar La energía de entrada del transformador es igual a su energía de salida. La pérdida de potencia en el transformador ideal se convierte en cero.

Conclusión: En esta investigación aprendí mas sobre los transformadores eléctricos, como están compuestos, para que sirve, etc. En la investigación me di cuenta de que el transformador ideal nunca tendrá perdidas de potencia y se convertirá a cero.

Referencias Bibliográficas: Luis R., J. (2020, 19 junio). TRANSFORMADOR | Que es, como funciona, tipos y partes. ComoFunciona | Explicaremos hasta cosas que NO existen! https://comofunciona.co/un-transformador/

T. (2021, 11 marzo). ¿Qué es un transformador eléctrico y cómo funciona? Tecsa. https://www.tecsaqro.com.mx/blog/que-es-un-transformador-electrico/

Transformador ideal. (s. f.). illustrationprize. Recuperado 17 de mayo de 2021, de https://illustrationprize.com/es/687-ideal-transformer.html#:%7E:text=La %20resistencia%20de%20su%20bobinado,requerida%20para%20magnetizar%20su %20n%C3%BAcleo....