Este documento describe los principios básicos de funcionamiento de los transformadores. Explica que un transformador está compuesto de dos bobinas acopladas magnéticamente que permiten la transferencia de potencia de un devanado a otro a través de la inductancia mutua. También describe conceptos como la relación de vueltas, transformadores elevadores y reductores, y algunas limitaciones de los transformadores reales como las pérdidas en el núcleo y la resistencia de los devanados.

1. TRANSFORMADORES
JESSICA BADILLA VALVERDE
10-8
ELECTROTECNIA

2. INDUCTANCIA MUTUA
• Si dos bobinas están acopladas de manera
magnética, crean aislamiento eléctrico porque no
existe conexión eléctrica entre ellas, sino solo un
vinculo magnético. Si la corriente que fluye por la
primera bobina es sinusoidal, el voltaje inducido en
la segunda bobina también es sinusoidal. La
cantidad de voltaje inducido en la segunda bobina
a consecuencia de la corriente en la primera
depende de la inductancia mutua (LM), que es la
inductancia presente entre las dos bobinas. La
inductancia de cada bobina y la cantidad de
acoplamiento (k) entre las dos bobinas establecen
la inductancia mutua. Para llevar al máximo el
COEFICIENTE DE
ACOPLAMIENTO
K =
∅ 1−2
∅ 1
INDUCTANCIA MUTUA
LM= K 𝐿1 𝐿2

3. EL TRANSFORMADOR BASICO
• Un transformador básico es un dispositivo eléctrico construido
a partir de dos bobinas de alambre (devanados) acoplados
magnéticamente entre si, de modo que existe inductancia
mutua para la transferencia de potencia de un devanado al
otro.
El devanado primario
es el devanado de
entrada (el que tiene
la fuente de voltaje)
y el secundario es el
devanado de salida (
el que tiene el
voltaje inducido)

4. CATEGORÍAS DEL MATERIAL DEL NÚCLEO
El tipo de material del
núcleo y las posiciones
relativas de los devanados
establecen la cantidad de
acoplamientos magnético
presente entre los
devanados primarios y
secundario. Mientras más
estrecho es el
acoplamiento, mayor es el
voltaje inducido en el
secundario para cierta
cantidad dada en el

5. RELACIÓN DE VUELTAS
• La relación de vueltas
(n) se define como la
relación del número
de vueltas que hay en
el devanado
secundario (Nsec) al
número de vueltas
presentes en el
devanado primario
(Npri).
𝑁𝑠𝑒𝑐
DIRECCION DE LOS
DEVANADOS
• El sentido de los devanados
determina la polaridad del voltaje a
través delo devanado secundario
con respecto al voltaje del devanado
primario.
• En los símbolos esquemáticos
ocasionales se colocan puntos sobre
las fases para señalar polaridades.

6. TRANSFORMADOR ELEVADOR
• Un transformador donde el voltaje secundario es más grande
que el voltaje primario se llama transformador elevador. La
cantidad en que se eleva el voltaje depende de la relación de
vueltas.
• La relación del voltaje secundario (Vsec) al voltaje primario
(Vpri) es igual a la relación del número de vueltas presente en
el devanado secundario (Nsec) al número de vueltas que haya
en el devanado primario (Npri).Fórmula.
𝑉𝑠𝑒𝑐
𝑉𝑝𝑟𝑖
= 𝑁𝑠𝑒𝑐
𝑁𝑝𝑟𝑖

7. TRANSFORMADOR REDUCTOR
• Un transformador donde el voltaje secundario es menos que el
voltaje primario. La cantidad en que se reduce el voltaje
depende de la relación de vueltas.
• La relación de vueltas de un transformador reductor siempre es
menos que 1 porque el número de vueltas en el devanado
secundario siempre es menor que el número de vueltas en el
devanado primario

8. CARGA DEL DEVANADO SECUNDARIO
• Cuando se conecta una carga resistiva al devanado secundario
de un transformador, la relación de la corriente de carga
(secundario) y la corriente en el circuito primario se determina
por relación de vueltas.
Formula de
corriente.
𝐼𝑝𝑟𝑖
𝐼𝑠𝑒𝑐
=𝑛
Isec= (
1
𝑛
) Ipri

9. LA POTENCIA EN EL PRIMARIO ES IGUAL A
LA POTENCIA EN LA CARGA
• Cuando se conecta una carga al devanado secundario de un
transformador, la potencia transferida a la carga nunca puede
ser mayor que la potencia en el devanado primario. Para un
transformador ideal, la potencia suministrada al primario es
igual a la potencia suministrada por el secundario a la carga.
Psec = Vpri Ipri = Ppri

10. CARGA REFLEJADA
𝑅𝑝𝑟𝑖
𝑅𝑙
=
𝑉𝑝𝑟𝑖 /𝐼𝑝𝑟𝑖
𝑉𝑠𝑒𝑐 /𝐼𝑝𝑟𝑖
= (
𝑉𝑝𝑟𝑖
𝑉𝑠𝑒𝑐
)
𝐼𝑠𝑒𝑐
𝐼𝑝𝑟𝑖
= (
1
𝑛
)
1
𝑛
= (
1
𝑛
)2
Rpri = (
1
𝑛
)2 RL

11. IGUALACIÓN DE IMPEDANCIA
• Impedancia: es la oposición a la corriente, incluidos los efectos combinados
tanto de resistencias como de reactancia.
• Una aplicación de los transformadores se encuentra en la igualación de una
resistencia de carga frente a una resistencia de fuente para lograr una
transferencia de potencia máxima, esta técnica se le llama igualación de
impedancia.
• Tienen una resistencia fija interna.
• Se usa para conseguir la cantidad máxima de potencia disponible del
amplificador altavoz.
• Se puede utilizar la característica de resistencia refleja provista por un
transformador para hacer que la resistencia de la carga parezca tener el
mismo valor que la resistencia de la fuente, esto también se le denomina
igualación de impedancia.
Fórmula: 𝑅𝐿
𝑅𝑝𝑟𝑖

12. TRANSFORMADOR NO IDEAL
RESISTENCIA DE DEVANADO
• Tanto el devanado primario como el secundario de un transformador
práctico tienen resistencia de devanado.
• En un transformador práctico, la resistencia de devanado resulta en
menos voltaje a través de una carga secundaria. Las caídas de voltaje
provocadas por la resistencia de devanado se sustrae efectivamente
de los voltajes primario y secundario, y producen un voltaje de carga
que es menor al pronosticado por la relación Vsec nVpri.

13. PERDIDAS EN EL NUCLEO
• Siempre hay algo de conversión de energía en el material del núcleo de un
transformador práctico. Esta conversión aparece como calentamiento de los núcleos
de ferrita y hierro, pero no ocurre en núcleos de aire
• Una parte de esta conversión de energía tiene lugar a causa de la inversión continua
del campo magnético provocada por la dirección cambiante de la corriente en el
primario; este componente de la conversión de energía se conoce como pérdida por
histéresis.
• Las corrientes parásitas se presentan en patrones circulares en la resistencia del
núcleo, por lo que se produce calor.
En un transformador ideal, se supone que todo el
flujo magnético producido por la corriente primaria
pasa por el núcleo hacia el devanado secundario, y
viceversa.
La dispersión del flujo magnético da por resultado
un voltaje secundario reducido.
El porcentaje de flujo magnético que llega en
realidad al devanado secundario determina el
coeficiente de acoplamiento del transformador.
DISPERSION DEL FLUJO
MAGNETICO

14. CAPACITANCIA DEL DEVANADO
• Las capacitancias parásitas tienen muy poco efecto en la
operación del transformador a bajas frecuencias (tal como a
frecuencias de línea de potencia) porque las reactancias (XC)
son muy altas. Sin embargo, a frecuencias más altas, las
reactancias disminuyen y comienzan a producir un efecto de
desvío a través del devanado primario y de la carga secundaria.

15. POTENCIA NOMINAL DE UN
TRANSFORMADOR
• Un transformador de potencia, por lo general, se clasifica en volt-amperes
(VA), voltaje primario/secundario, y frecuencia de operación.
• La razón por la que la potencia nominal está en volt-amperes (potencia
aparente) y no en watts (potencia real o activa) es la siguiente: si en el
transformador la carga es puramente capacitiva o puramente inductiva, la
potencia real (watts) suministrada a la carga es de cero.
Fórmula:
Il = 𝑃𝑠𝑒𝑐
𝑉𝑠𝑒𝑐

16. EFICIENCIA DE UN TRANSFORMADOR
• Como las características no ideales que se acaban de analizar
provocan pérdida de potencia en el transformador, la potencia
secundaria (salida) siempre es menor que la potencia en el
primario (entrada). La eficiencia (h) de un transformador mide
el porcentaje de la potencia de entrada que se suministra a la
salida

17. TRANSFORMADORES CON TOMAS
• En la toma central, el voltaje es menos positivo que en el
extremo superior, pero más positivo que en el extremo
inferior del secundario. Por consiguiente, medido con
respecto a la toma central, el extremo superior del
secundario es positivo y el inferior es negativo.
• Algunos transformadores tienen tomas en el devanado
secundario en puntos diferentes del centro eléctrico.
• Un ejemplo de un transformador con tomas múltiples en el
devanado primario y una toma central en el devanado
secundario es el transformador instalado en un poste en la
vía pública.

18. TRANSFORMADORES CON MULTIPLES
DEVANADOS
• Algunos transformadores están diseñados para
operar con líneas de 110 o 220 V de ca.
• Más de un secundario puede ser enrollado sobre
un núcleo común. A menudo se utilizan
transformadores con varios devanados
secundarios para lograr diversos voltajes
elevando o reduciendo el voltaje primario. Estos
tipos se utilizan comúnmente en aplicaciones de
fuente de potencia donde se requieren varios
niveles de voltaje para la operación de un
instrumento electrónico.

19. AUTOTRANSFORMADORES
• En un autotransformador, un devanado sirve
como primario y como secundario. El devanado
tiene tomas en los puntos apropiados para lograr
la relación de vueltas deseada y elevar o reducir
el voltaje.
• Los autotransformadores difieren de los
transformadores convencionales en que no existe
aislamiento eléctrico entre el primario y el
secundario, porque ambos se encuentran en un
solo devanado.
• Muchos autotransformadores tienen una toma
ajustable que utiliza un mecanismo de contacto
deslizante de modo que el voltaje de salida
pueda ser variado (éstos a menudo se llaman
varias).

20. LOCALIZACION DE FALLAS
• Devanado primario abierto no hay corriente primaria
• Devanado secundario abierto no existe corriente en el
circuito secundario
• Devanados en cortocircuito o parcialmente en cortocircuito
extraerá demasiado corriente de la fuente