Transformador: Principios de Funcionamiento

Un transformador es una máquina eléctrica estática que opera mediante el efecto de la inducción magnética. La relación de transformación es la proporción entre las espiras del primario (N) y las del secundario (N_s), representada por m.

Pérdidas en un Transformador Real

Las pérdidas en un transformador real se deben a varios factores:

• Reluctancia del circuito magnético: A mayor reluctancia, mayores pérdidas. La elección del material del núcleo es crucial para minimizar este efecto.
• Resistencia de los devanados: La resistencia al paso de la corriente genera pérdidas.
• Pérdidas en el hierro por corrientes de Foucault: Estas corrientes generan calor, incrementando las pérdidas.
• Histéresis magnética: El uso de materiales «magnéticamente blandos» reduce el ciclo de histéresis, minimizando pérdidas.
• Dispersión del flujo magnético: Varía en cada devanado según la carga.

Clasificación de los Transformadores

Por Nivel de Tensión

• Reductores: Transforman la tensión aplicada al primario en una tensión menor en el secundario.
• Elevadores: Aumentan la tensión del secundario respecto a la del primario.

La relación de transformación también se puede calcular en función de la tensión del primario (V_p) y del secundario (V_s), o de las corrientes que circulan por ambos devanados.

Por el Número de Fases de Alimentación

• Monofásicos: Constituidos por un devanado primario y uno secundario.
• Trifásicos: Compuestos por tres grupos de bobinas, conectables en estrella, triángulo o zigzag.

Por su Construcción

• Monofásicos de columnas: Ambos devanados están en columnas separadas del núcleo.
• Monofásicos acorazados: Núcleo cerrado con una columna central del doble de ancho que las laterales.
• Trifásicos de tres columnas: Núcleo con tres columnas iguales.
• Trifásicos de cinco columnas: Configuración que cierra el circuito magnético similar al acorazado monofásico.
• Trifásicos acorazados: Similar a tres transformadores monofásicos acorazados en un núcleo común.
• Toroidal: Núcleo en forma de disco o toroide.
• Autotransformador: Un solo devanado con tomas para primario y secundario.

Materiales Constructivos de los Transformadores

Circuito Eléctrico

• Hilo esmaltado: Utilizado en devanados de baja potencia.
• Carretes: Para alojar los devanados.
• Aislantes: Diversos tipos para separación eléctrica.

Circuito Magnético

• Chapa magnética: Material del núcleo, diseñada para reducir pérdidas por corrientes de Foucault y ciclo de histéresis.

Tipos de Chapas Magnéticas

• Grano no orientado
• Grano orientado

Otros Aislantes

• Laminados flexibles: Separan conductores en los devanados.
• Tubos flexibles: Aislan terminales externos.

Características Eléctricas de un Transformador

• Tensión del primario: Voltaje aplicado al devanado primario.
• Tensión del secundario: Voltaje obtenido en el secundario tras la transformación.
• Caída de tensión: Diferencia de tensión en el secundario bajo carga máxima.
• Corriente del primario: Intensidad de corriente en el devanado primario.
• Corriente del secundario: Intensidad de corriente en el devanado secundario, determinada por la potencia del transformador.
• Frecuencia: Frecuencia de la red de alimentación.
• Potencia aparente: Producto de la tensión y corriente en el secundario (VA).
• Densidad de corriente: Corriente por unidad de superficie (A/mm²).
• Rendimiento: Alta eficiencia en transformadores.

Ensayos y Comprobaciones

Ensayo de Vacío

Se alimenta el primario con la tensión nominal sin carga en el secundario. Se mide:

• Tensión en bornes del primario y secundario.
• Corriente en el primario.
• Potencia del primario.

Permite comprobar la relación de transformación, la corriente sin carga y las pérdidas en el hierro y cobre.

Ensayo de Carga

Se opera el transformador con tensión nominal y carga máxima en el secundario. Permite conocer la caída de tensión y la relación de transformación bajo carga.

Ensayo en Cortocircuito

Se cortocircuita el secundario y se aplica una tensión reducida en el primario para medir la corriente nominal. Determina las pérdidas en el cobre.

Comprobación del Aislamiento

Se mide la resistencia del aislamiento entre devanados y núcleo.

Otros Tipos de Transformadores

Transformadores de Medida

• De tensión: Para conectar instrumentos de medida de voltaje.
• De corriente: Adaptan niveles de corriente a valores medibles.

Transformadores de Aislamiento

Separan galvánicamente el circuito del usuario de la alimentación principal.

DIMENSIONS