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Conceptos básicos del transformador

Conceptos básicos del transformador

Los transformadores se utilizan ampliamente en todas las ramas de la electrónica. Uno de sus usos más conocidos es en aplicaciones de energía donde se utilizan para transformar la tensión de funcionamiento de un valor a otro. También sirven para aislar el circuito en la salida de una conexión directa al circuito primario. De esta manera, transfieren energía de un circuito a otro sin conexión directa.

Se utilizan transformadores muy grandes en la Red Nacional para cambiar los voltajes de línea entre los diferentes valores requeridos. Sin embargo, para los radioaficionados o entusiastas del hogar, los transformadores se ven comúnmente en las fuentes de alimentación. Los transformadores también se utilizan ampliamente en otros circuitos, desde audio hasta frecuencias de radio, donde sus propiedades se utilizan ampliamente para acoplar diferentes etapas dentro del equipo.

¿Qué es un transformador?

Un transformador básico consta de dos devanados. Estos se conocen como el primario y el secundario. En esencia, el poder entra en el primario y sale en el secundario. Algunos transformadores tienen más devanados pero la base de funcionamiento sigue siendo la misma.

Hay dos efectos principales que se utilizan en un transformador y ambos se relacionan con los campos de corriente y magnéticos. En el primero se encuentra que una corriente que fluye por un cable crea un campo magnético a su alrededor. La magnitud de este campo es proporcional a la corriente que fluye por el cable. También se encuentra que si el cable se enrolla en una bobina, el campo magnético aumenta. Si este campo magnético generado eléctricamente se coloca en un campo existente, entonces se ejercerá una fuerza sobre el cable que transporta la corriente de la misma manera que dos imanes fijos colocados uno cerca del otro se atraerán o rechazarán entre sí. Es este fenómeno el que se utiliza en motores eléctricos, medidores y una serie de otras unidades eléctricas.

El segundo efecto es que se encuentra que si un campo magnético alrededor de un conductor cambia, se inducirá una corriente eléctrica en el conductor. Un ejemplo de esto puede ocurrir si un imán se acerca a un cable o una bobina. En estas circunstancias, se inducirá una corriente eléctrica, pero solo cuando el imán se esté moviendo.

La combinación de los dos efectos se produce cuando dos cables o dos bobinas se colocan juntos. Cuando una corriente cambia su magnitud en el primero, esto resultará en un cambio en el flujo magnético y esto a su vez resultará en una corriente inducida en el segundo. Este es el concepto básico detrás de un transformador, y se puede ver que solo funcionará cuando una corriente cambiante o alterna esté pasando por la entrada o el circuito primario.

Relación de transformación del transformador

Para que fluya una corriente, debe haber presente un EMF (fuerza electromotriz). Esta diferencia de potencial o voltaje en la salida depende de la relación de vueltas en el transformador. Se encuentra que si hay más vueltas presentes en el primario que en el secundario, entonces el voltaje en la entrada será mayor que en la salida y viceversa. De hecho, el voltaje se puede calcular fácilmente a partir del conocimiento de la relación de vueltas:

Es = ns
Ep np

Dónde
Ep es el EMF principal
Es es el EMF secundario
np es el número de vueltas en el primario
ns es el número de vueltas en el secundario

Si la relación de vueltas ns / np es mayor que uno, entonces el transformador dará un voltaje más alto en la salida que en la entrada y se dice que es un transformador elevador. De manera similar, uno con una relación de vueltas menor que uno es un transformador reductor.

Relaciones de voltaje y corriente en el transformador

Hay una serie de otros factores que se pueden calcular fácilmente. La primera es la relación entre las corrientes y tensiones de entrada y salida. Como la potencia de entrada es igual a la potencia de salida, es posible calcular un voltaje o corriente si los otros tres valores utilizando la fórmula simple que se muestra a continuación. Este hecho no tiene en cuenta las pérdidas en el transformador que, afortunadamente, pueden ignorarse para la mayoría de los cálculos.

Vp x Ip = Vs x Es

Por ejemplo, tome el caso de un transformador de red que emite 25 voltios a un amperio. Con un voltaje de entrada de 250 voltios, esto significa que la corriente de entrada es solo una décima parte de un amperio.

Para algunos transformadores, el número de vueltas en el primario será el mismo que en el secundario, y la corriente y el voltaje en la entrada serán los mismos que en la salida. Sin embargo, cuando la relación de vueltas no es 1: 1, la relación de voltaje y corriente será diferente en la entrada y la salida. A partir de la relación simple que se muestra arriba, se verá que la relación de voltaje a corriente cambia entre la entrada y la salida. Por ejemplo, un transformador con una relación de vueltas de 2: 1 puede tener una entrada de 20 voltios con una corriente de 1 amperio, mientras que en la salida el voltaje será de 10 voltios a 2 amperios. Como la relación de voltaje y corriente determina la impedancia, se puede ver que el transformador se puede usar para cambiar la impedancia entre la entrada y la salida. De hecho, la impedancia varía como el cuadrado de la relación de vueltas como se ve por:

Zp = notario público2
Zs ns2

En uso

Los transformadores se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones de radio y electrónica. Una de sus principales aplicaciones se encuentra dentro de las fuentes de alimentación de red. Aquí, el transformador se utiliza para cambiar el voltaje de entrada de la red (alrededor de 240 V en muchos países y 110 V en muchos otros) al voltaje requerido para alimentar el equipo. Con la mayoría de los equipos actuales que utilizan tecnología de semiconductores, los voltajes que se requieren son mucho más bajos que los de la red de entrada. Además de esto, el transformador aísla el suministro en el secundario de la red, lo que hace que el suministro secundario sea mucho más seguro. Si el suministro se tomara directamente de la red eléctrica, habría un riesgo mucho mayor de descarga eléctrica.

Un transformador de potencia como el que se utiliza en una fuente de alimentación generalmente se enrolla en un núcleo de hierro. Se utiliza para concentrar el campo magnético y garantizar que el acoplamiento entre el primario y el secundario sea muy estrecho. De esta manera, la eficiencia se mantiene lo más alta posible. Sin embargo, es muy importante asegurarse de que este núcleo no actúe como un devanado de una vuelta. Para evitar que esto suceda, las secciones del núcleo están aisladas entre sí. De hecho, el núcleo está formado por varias placas, cada una entrelazada pero aislada entre sí como se muestra.

Los dos devanados de un transformador de potencia están bien aislados entre sí. Esto evita cualquier posibilidad de que el devanado secundario se active.

Aunque uno de los principales usos de los transformadores que encontrará el aficionado es para transformar el suministro o la tensión de red a un nuevo nivel, también tienen una variedad de otras aplicaciones para las que se pueden utilizar. Cuando se utilizaron válvulas, se utilizaron ampliamente en aplicaciones de audio para permitir que los altavoces de baja impedancia fueran accionados por circuitos de válvulas que tenían una impedancia de salida relativamente alta. También se utilizan para aplicaciones de radiofrecuencia. El hecho de que puedan aislar los componentes de corriente continua de la señal, actuar como transformadores de impedancia y como circuitos sintonizados, todo en uno significa que son un elemento vital en muchos circuitos. En muchos receptores portátiles, estos transformadores de FI proporcionan la selectividad para el receptor. En el ejemplo que se muestra, se puede ver que el primario del transformador se sintoniza usando un capacitor para llevarlo a resonancia. El ajuste de la frecuencia resonante se realiza normalmente utilizando un núcleo que se puede atornillar hacia adentro y hacia afuera para variar la cantidad de inductancia de la bobina. El transformador también iguala la impedancia más alta de la etapa del colector de la etapa anterior con la impedancia más baja de la etapa siguiente. También sirve para aislar los diferentes voltajes de estado estacionario en el colector de la etapa anterior de la base de la etapa siguiente. Si los dos circuitos no estuvieran aislados entre sí, las condiciones de polarización de CC para ambos transistores se verían perturbadas y ninguna de las etapas funcionaría correctamente. Mediante el uso de un transformador, las etapas se pueden conectar para señales de CA mientras se mantienen las condiciones de polarización de CC.

Resumen

El transformador es un componente invaluable en la escena electrónica actual. A pesar de que los circuitos integrados y otros dispositivos semiconductores parecen usarse en cantidades cada vez mayores, no hay sustituto para el transformador. El hecho de que sea capaz de aislar y transferir energía de un circuito a otro mientras cambia la impedancia, asegura que esté en una posición única como herramienta para los diseñadores de electrónica.

Ver el vídeo: Montaje de Transformador Convencional 3F en redes de distribución (Octubre 2020).