Los transformadores
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Este es un aporte de los estudiantes del tecnologico Carlos Cisneros edwin

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  • 1. Los transformadores.Los transformadores eléctricos han sido uno de los inventos más relevantes de latecnología eléctrica. Sin la existencia de los transformadores, sería imposible ladistribución de la energía eléctrica tal y como la conocemos hoy en día. La explicaciónes muy simple, por una cuestión de seguridad no se puede suministrar a nuestroshogares la cantidad de KW que salen de una central eléctrica, es imprescindible elconcurso de unos transformadores para realizar el suministro doméstico.Sabiendo la importancia del transformador para la vida moderna, pasemos a definir quées exactamente el transformador.El transformador básico es un dispositivo eléctrico construido con dos bobinasacopladas magnéticamente entre sí, de tal forma que al paso de una corriente eléctricapor la primera bobina (llamada primaria) provoca una inducción magnética que implicanecesariamente a la segunda bobina (llamada secundaria) y provocando con esteprincipio físico lo que se viene a llamar una transferencia de potencia.También se puede definir de la siguiente manera, aunque esta nueva definición hacehincapié en su funcionalidad:El transformador es un dispositivo eléctrico que utilizando las propiedades físicas dela inducción electromagnética es capaz de elevar y disminuir la tensión eléctrica,transformar la frecuencia (Hz), equilibrar o desequilibrar circuitos eléctricos según lanecesidad y el caso específico. Transportar la energía eléctrica desde las centralesgeneradoras de la electricidad hasta las residencias domésticas, los comercios y lasindustrias. Dicho dispositivo eléctrico también es capaz de aislar circuitos de corrientealterna de circuitos de corriente continua.Inducción en una bobina.Para poder entender como funciona un transformador, un motor eléctrico u otrodispositivo o máquina eléctrica basada en bobinas, se hace necesario explicar como seproduce el fenómeno de inducción eléctrica y, sobretodo, comprender como sucede latransferencia de potencia o energía.
  • 2. En el dibujo podemos observar una bobina de N vueltas con un núcleo de aire,alimentada con una fuente de alimentación Eg de corriente alterna. La bobina tiene unareactancia y, como tal, absorbe una intensidad Im. Si la resistencia de la bobina esmínima, tenemos que la siguiente ecuación: Im=Eg/Xm , donde Xm representa lareactancia de la bobina.La intensidad Im se encuentra desfasada 90° respecto a la tensión Eg, mientras que elflujo Φ, se encuentra en sintonía con la intensidad. Esto es algo que ocurre en todos loscircuitos inductivos.La intensidad Im al paso por la bobina, crea una fuerza magnetomotriz o líneas defuerzas electromotices que, a su vez, generan un flujo Φ. Al ser la alimentación detensión alterna, se genera flujos de pico, es decir, flujos máximos :Φmax y flujosmínimos Φmin. Pero aquí solamente nos interesan los Φmax.El flujo, a su vez genera una tensión eficaz E. Tanto la tensión eficaz E y la tensiónaplicada Eg, tienen que ser iguales, porque como se puede observar en el dibujo, las dostensiones se encuentran en las mismas líneas de alimentación.Así tenemos que la ecuación que define las dos tensiones sería:E=Eg=4,44*f*N*ΦmaxDonde f representa la frecuencia; N el número de vueltas de la bobina; y el 4,44 es unaconstante cuyo valor exacto (para los sibaritas) es= 2*Π/√2.La ecuación nos explica, que con una tensión Eg constante, el flujo Φ será constante.Sin embargo, si introducimos un núcleo de hierro en el interior de la bobina, lascondiciones cambian, algo que resulta muy relevante para la funcionalidad de lostransformadores y sus diversos tipos.
  • 3. En esta nueva situación, si la tensión Eg se mantiene constante, el flujo Φmax sematendrá constante y, por tanto, Eg=E. Hasta aquí no hay una diferencia entre núcleode aire y el núcleo de hierro. Pero lo que si que cambia, significativamente, es la Im.Con un núcleo de hierro, la Im disminuye o es más baja. Y esto sucede, porque senecesita una fuerza magnetomotriz mucho menor para producir el mismo flujo Φmax.El funcionamiento del transformador básico.Hasta ahora hemos analizado como se comporta una sola bobina a la que se le induceuna corriente eléctrica. Ahora vamos a realizar otro análisis para conocer qué sucedecuando se acoplan dos bobinas magnéticamente, es decir, cómo funciona untransformador.Como podemos observar en el dibujo, tenemos una fuente de alimentación de tensión ocorriente alterna Eg, dos bobinas (una llamada primaria y la otra llamada secundaria,con N vueltas o espiras, una tensión inducida en la bobina secundaria quedenominamos E2, un flujo total ΦT que es la suma de dos flujos: el flujo mutuo Φm1que corresponde al flujo que acopla magnéticamente a las dos bobinas más el flujo Φf1que incide únicamente en la bobina primaria. La tensión E1 continua siendo igual a latensión Eg. Y, también, hemos de indicar que se trata de un transformador en vacioporque no tiene una carga, además de que las dos bobinas están con un núcleo de aire.Es lo que se viene a denominar un transformador básico o elemental.
  • 4. Las tensiones existentes en el circuito son dos. Entre los puntos 1 y 2 y, entre los puntos3 y 4. Esto quiere decir, que entre cualquier otra combinación de puntos no existetensión. Así que podemos decir, que las bobinas se encuentran aisladas en términoseléctricos.El flujo Φm1 enlaza con su campo magnético las dos bobinas generando de esta formauna tensión E2. El flujo Φf1 solamente incide sobre las espiras de la bobina primaria yla podemos denominar como flujo de dispersión. El flujo ΦT es el flujo total, es decir lasuma de los otros dos flujos. En el caso que las bobinas esten muy separadas, el flujoΦm1 es muy reducido y estaremos hablando de un acoplamiento de bobinas débil. Sinembargo, si juntamos las dos bobinas, el flujo Φm1 aumenta respecto al flujo ΦT yabremos conseguido un acoplamiento entre bobinas óptimo. Esta es la razón, por elcual, en la mayoría de los transformadores industriales se realizan los devanados de lasbobinas uno encima del otro, para conseguir mejorar el acoplamiento.Falta indicar, que con un acoplamiento débil, no solamente disminuye el flujo Φm1,también se reduce la tensión E2. Sin embargo, al acercar las dos bobinas, se aumenta elflujo Φm1 y, por tanto, se aumenta la tensión E2. Así, que la relación entre el flujoΦm1 y la tensión E2 es proporcional.El coeficiente de acoplamiento. El acoplamiento entre las bobinas primaria ysecundaria es una medida física y, por lo tanto, se puede calcular. El calculo se realizacon la siguiente ecuación:K=Φm1/ΦT ;en donde K es el coeficiente y no tiene unidades.