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1. El transformador
Miguel Valecillos
C:I:16531652
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2. Definición de transformador
Un transformador es un aparato con el que se puede convertir
una tensión alterna en otra más alta o más baja, y consta de
dos bobinas acopladas magnéticamente. La tensión inducida
en la bobina acoplada depende de la autoinducción de estas
bobinas y de su número de espiras. Además, dicha tensión
depende también de la fuerza del acoplamiento o de la
distancia entre las bobinas y de su posición mutua. Por lo
general, las bobinas de un transformador están acopladas muy
fuertemente, por lo que la inducción mutua y el valor de
acoplamiento son grandes y el efecto de inducción (conversión
de una de las tensiones en otra) es también grande.

3. Principio fundamental de un
transformador
El principio fundamental de un transformador se ha representado en la figura 1,
donde S1 es el devanado primario y S2 el secundario, constituidos respectivamente
por n1 y n2 espiras. Supongamos que el primario se conecta a una tensión alterna
de 100V y que está formado por 100 espiras (n1=100), y el secundario 50 espiras
(n2=50). Al pasar una corriente alterna por el primario se induce una tensión en todas
las espiras, tanto primarias como secundarias. De este modo, en el primario se
induce una tensión igual y opuesta a la aplicada, que valdrá 100V, lo que
corresponde a 1V por espira. Como el devanado secundario tiene 50 espiras, se
producirá en él una tensión de 50 V. De ello se deduce que la tensión es
proporcional al número de espiras de los devanados. En el caso que estamos
tratando, la relación de espiras es de 100/50 = 2/1, por lo que la relación de tensión
será también de 2/1. Por lo tanto, la tensión del primario se ha reducido en el
secundario. Si la cantidad de espiras del secundario fuese 200 en vez de 50, la
tensión sería de 200 V, puesto que la relación de espiras sería de 200/100 = 2.
Vemos que se puede obtener en el secundario de un transformador cualquier tensión
que se desee, eligiendo adecuadamente la relación de espiras necesaria. Se puede
expresar así:
E1/E2 = n1/n2

4. Diferencias entre un transformador ideal y un
transformador de núcleo de aire
- Transformador de núcleo de aire: Como sabemos el
paso de la electricidad produce un calor, y en el
caso que nos ocupa del transformador, este calor se
considera una pérdida de potencia o de rendimiento.
Circula una corriente para magnetizar al núcleo.
- Estos tienen pérdidas en las bobinas, porque estas
bobinas ( primaria y secundaria) tienen una
resistencia, algo con lo que no se contaba a la hora
de analizar el transformador ideal.-Los núcleos
tienen corrientes parásitas y pérdidas por histéresis,
que son las que aumentan el calor o temperatura del
transformador

5. LA INDUCTANCIA MUTUA
El transformador está formado por dos bobinas colocadas de modo que el
flujo cambiante que desarrolla una enlace a la otra, como se aprecia en la
figura.
La bobina a la que se aplica la fuente de alimentación se denomina el
primario y la bobina a la que se aplica la carga se conoce como el
secundario.
Para el primario del transformador de la figura la aplicación de la Ley de
Faraday tendrá como resultado:

6. Lo que pone de manifiesto que el voltaje inducido a través dell primario es
directamente proporcional al número de vueltas en el
primario y a la velocidad de cambio del flujo magnético que enlaza la
bobina primaria. O a partir de la ecuación:
Lo cual revela que el voltaje inducido a través del primario es directamente
proporcional a la inductancia del primario y a la velocidad de cambio de la
corriente a través del devanado primario. La magnitud de es, el voltaje inducido
a través del secundario, se determina mediante
En donde Ns es el número de vueltas en el devanado secundario y Om es
la parte del flujo primario tetap que enlazar el devanado del secundario. Si todo
el flujo del primario enlaza el secundario, en tal caso: El coeficiente de
acoplamiento entre dos bobinas se determina mediante

7. Debido a que el nivel máximo de «1>m es «1>p, el coeficiente de
acoplamiento entre dos bobinas nunca puede ser mayor que l.
El coeficiente de acoplamiento entre varias bobinas aparece en la figura.
Observe que, para el núcleo de hierro, k se aproxima a 1, mientras que para el
núcleo de aire, k es considerablemente menor. Se dice que las bobinas con
bajos coeficientes de acoplamiento tienen un acoplamiento débil.
Para el secundario, tenemos.
La inductancia mutua entre las dos bobinas de la figura se determina
mediante

8. Observe en las ecuaciones anteriores que el símbolo para la inductancia
mutua es la letra M, y que su unidad de medida, al igual que para la
autoinductancia, es el Henry. En forma textual, las ecuaciones plantean que
La inductancia mutua entre dos bobinas es proporcional al cambio
instantáneo en el flujo que enlaza a una bobina producido por un
cambio instantáneo en la corriente a través de la otra bobina.
En términos de la inductancia de cada bobina y el coeficiente de
acoplamiento, la inductancia mutua se determina mediante:
Entre más grande es el coeficiente de acoplamiento (enlaces de flujo
más grandes), o entre más grande es la inductancia de cualquier bobina,
m4s alta es la inductancia mutua entre las bobinas. Relacione este hecho
con las configuraciones.
El voltaje del secundario es también se encuentra en términos de la
inductancia mutua.