Conceptos Fundamentales de Electromagnetismo y su Aplicación en Transformadores
Potencia Aparente y sus Componentes
La potencia aparente es la potencia total transferida desde una fuente de energía a una carga. Se compone de dos partes fundamentales:
- Potencia activa: Es la potencia que realiza el trabajo útil en los aparatos eléctricos y electrónicos.
- Potencia reactiva: Es la potencia que se mueve de forma alterna entre la fuente y la carga, sin realizar trabajo útil.
El Inductor: Base del Electromagnetismo
Un inductor se forma al enrollar un alambre conductor en forma de bobina. La corriente que circula por la bobina genera un campo electromagnético.
Inductancia: Capacidad de Almacenamiento de Energía
La inductancia mide la capacidad de una bobina para inducir voltaje debido a un cambio en la corriente. Un mayor valor de inductancia o un cambio más rápido en la corriente resultan en un mayor voltaje inducido.
Características Físicas de un Inductor
Los factores físicos que influyen en la inductancia son:
- A: Área de la sección transversal de la bobina.
- l: Longitud de la bobina.
- N: Número de espiras (vueltas) de la bobina.
- U: Permeabilidad del material del núcleo.
Leyes Fundamentales del Electromagnetismo
Ley de Faraday
La ley de Faraday establece que el voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional a la tasa de cambio del campo magnético que la atraviesa.
Ley de Lenz
La ley de Lenz indica que el voltaje inducido en una bobina, debido a un cambio en la corriente, siempre se opone a dicho cambio de corriente.
Propiedades del Campo Magnético
Un campo magnético se compone de líneas de fuerza que se extienden desde el polo norte al polo sur, y regresan al polo norte a través del material magnético. El conjunto de estas líneas se denomina flujo magnético.
Permeabilidad (u)
La permeabilidad indica la facilidad con la que se puede establecer un campo magnético en un material. Una mayor permeabilidad facilita la creación del campo magnético.
Reluctancia
La reluctancia es la oposición al establecimiento de un campo magnético en un material. Es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la permeabilidad y al área transversal.
Fuerza Magnetomotriz (FMM)
La fuerza magnetomotriz es la causa de la creación de un campo magnético.
Intensidad de Campo Magnético
La intensidad de campo magnético (o fuerza magnetizante) se define como la fuerza magnetomotriz por unidad de longitud del material.
Curva de Histéresis
La histéresis es una propiedad de los materiales magnéticos que describe el retraso en el cambio de magnetización en respuesta a un cambio en la intensidad del campo magnético.
Inducción Electromagnética
La inducción electromagnética ocurre cuando hay movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético. Este movimiento relativo, ya sea del conductor o del campo, induce un voltaje en el conductor. La polaridad del voltaje inducido depende de la dirección del movimiento.
Transformadores: Aplicación de la Inducción Mutua
Inducción Mutua
La inducción mutua se produce cuando dos bobinas se colocan cerca una de la otra. El campo magnético variable de una bobina induce un voltaje en la otra.
Transformador Básico
Un transformador es un dispositivo eléctrico compuesto por dos o más bobinas acopladas magnéticamente. Permite la transferencia de potencia de un devanado (bobina) a otro mediante la inducción mutua. Los transformadores operan exclusivamente con corriente alterna (CA). Los devanados se montan alrededor de un núcleo, y el alambre está recubierto con barniz para evitar cortocircuitos entre las espiras.
Relación de Vueltas
La relación de vueltas entre el devanado primario y el secundario determina la relación de transformación de voltaje.
Transformador Elevador
Un transformador elevador tiene un voltaje secundario mayor que el voltaje primario. El aumento de voltaje depende de la relación de vueltas.
Transformador Reductor
Un transformador reductor tiene un voltaje secundario menor que el voltaje primario. La reducción de voltaje depende de la relación de vueltas.
Mediciones de Potencia Trifásica
Los sistemas trifásicos pueden ser:
- Simétricos (balanceados): Las tensiones generadas son iguales y las corrientes también (si las cargas son iguales).
- Asimétricos (desbalanceados): Las tensiones generadas no son iguales, o las corrientes son desiguales (aunque las tensiones sean iguales) debido a cargas desiguales.