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Transformadores

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  • 1.  Un transformador es una maquina eléctrica estática que transforma la energía eléctrica recibida en otra energía eléctrica de características distintas, bien sea de tensión, intensidad, etc. Puede aumentar o disminuir la tensión, la corriente, puede aislar un circuito de otro. Al ser una maquina estática, no tiene perdidas de mecánicas y por lo tanto puede alcanzar rendimiento del 98%.
  • 2.  Cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético, cada partícula cargada situada dentro del conductor experimenta una fuerza dirigida a lo largo del mismo. La fuerza es proporcional a la inducción B, a la cantidad de carga eléctrica dentro del conductor y a la velocidad con que este se mueve. Si de alguna manera se puede mantener al conductor en movimiento habrá un desplazamiento continuo de cargas. Se produce una corriente y el conductor móvil se comporta como un generador de fuerza electromotriz inducida,(fem inducida).
  • 3.  Los sentidos de la fem, el campo y el movimiento corresponden al sistema conocido como regla de la mano derecha.
  • 4.  La impedancia reflejada del lado de baja tensión al lado de alta tensión:  Siempre crecen en magnitud en proporción a la relación de vueltas al cuadrado. La impedancia reflejada de lado de alta tensión al lado de baja tensión:  Siempre disminuye en magnitud en proporción al inverso de la relación de vueltas al cuadrado. Al reflejar las impedancias, los ángulos de las mismas consensan su valor,
  • 5.  Un modelo idealizado, sin perdidas y con núcleo magnético ideal, no perdidas de potencia o energía de algún tipo ya sea por cambios de temperatura internos o externos.
  • 6.  Perdidas de potencia. Dispersión de flujos magnéticos en el núcleo. Resistencia de conductor. Resistencias de las perdidas magnéticas por fenómenos de histéresis y corrientes parasitas. Inductancias de dispersión Inductancia de magnetización. Reluctancia magnética del núcleo. Un comportamiento cercano al lineal, limitado a cierto rango de voltaje de operación.
  • 7.  Transformadores elevadores  Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno. Transformadores variables  También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores. Transformador de aislamiento  Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí. Transformador de alimentación  Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.
  • 8.  Transformador trifásico  Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían. Transformador de pulsos  Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V. Transformador de línea o Flyback  Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Transformador diferencial de variación lineal  El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.  Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.
  • 9.  Transformador con diodo dividido  Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador 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. 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.  Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n². Estabilizador de tensión  Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética. Transformador híbrido o bobina híbrida  Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.
  • 10.  Transformador electrónico  Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada. Autotransformador  El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. Transformador con núcleo toroidal  El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. Transformador de grano orientado  El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. Transformador de núcleo de aire  En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
  • 11.  Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.
  • 12.  Conexión estrella y conexión delta
  • 13.  Esta constituido por dos circuitos principales:  Circuito eléctrico:  Devanado primario.  Devanado secundario.  Circuito magnético:  Chapa magnética (núcleo).
  • 14.  Devanado primario:  Esta compuesto por una bobina de hilo esmaltado de cobre o aluminio que se arrolla en un carrete de plástico o cartón a la chapa magnética.  El devanado primario es el que se conecta a la red, independientemente que sea el que tenga mayor o menor numero de espiras, y por tanto, mayor o menos tensión.
  • 15.  Devanado secundario:  También esta constituido por una bobina de hilo esmaltado arrollada a través de un núcleo magnético.  A este devanado se le conecta la carga para utilizar la nueva tensión obtenida. Suele ser de mayor diámetro que el hilo del devanado primario.
  • 16.  Chapa magnética:  Suele ser de aleación a base de silicio y otros materiales laminado en frio.  Los transformadores trifásicos tienen unas formas muy parecidas.  La parte que cierra el circuito magnético se denomina Yugo.
  • 17.  Transformador monofásico de columnas  Están formados por dos columnas verticales de igual sección, unidas entre sí por dos culatas o yugos horizontales  La gran ventaja de este diseño es que los bobinados están completamente separados, por lo tanto son adecuados para equipos de mucha seguridad como los aparatos de electromedicina.
  • 18.  Transformado trifásico de columnas:  Se construye para grandes potencias. Tienen tres columnas verticales y dos culatas horizontales.
  • 19.  Transformadores acorazados:  Se caracterizan por tener dos columnas exterior por las cuales circula el circuito magnético y una columna centran donde se colocan los dos circuitos eléctricos.  La columna central deberá tener el doble de sección que las columnas exteriores, ya que los flujos que se distribuyen por las columnas laterales convergen en la columna central como podemos ver en la figura.  Estos transformadores se utilizan para pequeñas potencias en cuadros eléctricos, en aparatos con circuitos eléctricos, máquinas herramientas, en aparatos de televisión, etc. Los transformadores de columnas requieren mayor cantidad de bobinado pero menor cantidad de hierro que los transformadores acorazados de las mismas características.
  • 20.  Transformadores acorazados:
  • 21.  Transformadores toroidales:  En estos transformadores, el núcleo magnético tiene forma de anillo cerrado. De esta forma el flujo magnético no se dispersa y no se ven afectadas bobinas adyacentes. Se utilizan, por lo tanto, en lugares donde es importante que el transformador no interfiera con otros equipo: aparatos de medidas, interruptores diferenciales, circuitos electrónicos y en la construcción de autotransformadores.