Transformadores: Principios y Aplicaciones

Función del Transformador a la Salida de un Generador de Corriente Alterna

Eleva la tensión a la que se genera la corriente (unos miles de voltios) a unos 400.000 voltios o más, para economizar el transporte de la energía eléctrica al disminuir la intensidad y, por ello, la sección de los conductores.

Construcción de un Transformador Elemental

Un transformador elemental se construye con un núcleo cerrado de material ferromagnético. En este núcleo, se enrollan dos bobinas: una a la entrada, con un número n₁ de espiras, y otra a la salida, con un número n₂ de espiras.

Partes Elementales de un Transformador Monofásico

• Bobinas
• Núcleo de material ferromagnético

Principio de Funcionamiento de un Transformador

Al aplicar una tensión v₁ en la primera bobina (primario), se produce una corriente i₀ que, a su vez, genera un flujo variable Φ en el núcleo ferromagnético. Este flujo induce una fuerza electromotriz (f.e.m.) en la segunda bobina (secundario) y en la primera bobina, generando una tensión v₂ disponible en los bornes de salida.

¿Por Qué el Transformador No Permite Modificar la Tensión en Corriente Continua?

Porque se necesita que el flujo magnético sea variable para poder inducir una f.e.m. en el bobinado secundario.

Relación de Transformación Ideal en Transformadores Monofásicos

Se deduce que:

E₁ = 4,44 x n₁ x f x Φ
E₂ = 4,44 x n₂ x f x Φ

Despejando:

¿La Relación de Transformación Tiene el Mismo Valor en Vacío y en Carga?

Sí, porque solo depende del número de espiras en el primario y en el secundario.

¿Por Qué Aumenta la Corriente en el Primario Cuando Disminuye la Impedancia de Carga Conectada en el Secundario?

Al disminuir la impedancia de carga, aumenta I₂ y, por lo tanto, I₁, ya que r = , lo que implica que r x I₁ = I₂. Como r es constante, tendrá que aumentar I₁.

Relación entre las Intensidades y la Relación de Transformación

Dado que:

y que V₁ x I₁ = V₂ x I₂
Despejando:

Por lo tanto, r =

Reactancia de Dispersión

Se refiere a las pérdidas debidas a la dispersión del flujo magnético en el núcleo.

Pérdidas en el Hierro de un Transformador

Se refiere a la potencia en vacío, P₀.

Valores Calculables con el Ensayo en Vacío

Además de I₀, V₂ y V₁, se pueden calcular las pérdidas en el hierro, P₀.

Determinación de la Impedancia de Cortocircuito

Se calcula mediante la siguiente fórmula:
Imp =
Donde Imp es la impedancia del transformador en %, Ecc es la tensión en cortocircuito y e₁ es el voltaje primario nominal.

Tensión de Cortocircuito

Es la tensión que, aplicada al primario con el secundario cortocircuitado, hace circular las intensidades nominales.

Relación entre la Intensidad de un Cortocircuito Accidental y la Intensidad Nominal

En un cortocircuito accidental, la tensión aplicada es la máxima. En el momento del cortocircuito, la intensidad aumenta hasta alcanzar un valor superior al nominal. Es la relación entre:

Cálculo de la Caída de Tensión

La caída de tensión es la diferencia algebraica entre la tensión del secundario en vacío (E₂) y la que aparece cuando el transformador trabaja en carga (V₂).

Determinación de las Pérdidas en un Transformador

Se determinan a través del rendimiento, ya que este indica la relación entre la potencia suministrada a la carga y la potencia absorbida de la red.

Variación de las Pérdidas al Pasar de Plena Carga a ¼ de Carga

Las pérdidas en el hierro se mantienen, mientras que las del cobre disminuyen . Según la fórmula P_cc = R x I², disminuyen un .

Ensayo para Obtener las Pérdidas en el Cobre

Ensayo del transformador en cortocircuito (P_cc).

Condiciones para el Rendimiento Máximo

El rendimiento es máximo cuando las pérdidas en el cobre son iguales a las pérdidas en el hierro.

Pérdidas que Dependen de la Carga

Las pérdidas en el cobre.

Índice de Carga

Es la relación entre la corriente a cualquier carga y la carga nominal.

Intensidad Nominal Secundaria

Es la intensidad del circuito secundario que hace circular por los devanados la intensidad para la que están construidos.

Relación de Transformación en Conexión Triángulo-Estrella y Estrella-Triángulo

R =