Es una máquina eléctrica estática que tiene como finalidad transferir energía de un circuito de corriente alterna a otro de las mismas características, variando su voltaje pero sin cambiar su potencia, ni su frecuencia y solo funciona en corriente alterna.
Partes de un transformador
bobina primaria: es el devanado que recibe la energía eléctrica.
Núcleo ferromagnético: le proporciona un camino al flujo magnético.
Bobina secundaria: es el devanado que entrega la energía transformada a la carga.
Clasificación de los transformadores
Elevador: su función es aumentar el nivel de voltaje aplicado en su devanado primario, físicamente en el primario hay menos espiras que en el secundario.
Reductor: su función es disminuir el voltaje aplicado, en el primario hay más espiras que en el secundario.
Aislamiento: este mantiene a la salida la misma tensión aplicada, su objetivo es separar físicamente dos etapas ó circuitos, la cantidad de espiras son iguales en ambas bobinas.
Funcionamiento del transformador
Al energizar el devanado primario con una corriente alterna se produce un campo magnético variable, que circula por el núcleo induciendo una tensión en el devanado secundario.
Relación de transformación
Uno de los datos más importantes que se debe conocer en cualquier transformador es la relación de transformación (Ratio), es la relación ente el voltaje primario y el voltaje secundario la cual depende de la cantidad de espiras en cada bobinado.
Leyes básicas de operación
Voltaje-Espiras: los voltajes son directamente proporcional al número de espiras, o sea, al aumentar la cantidad de vueltas en una bobina ésta funcionará a una mayor tensión.
Corriente-Espiras: las intensidades de las corrientes son inversamente proporcionales al número de espiras, al aumentar la cantidad de vueltas en una bobina en esta habrá una intensidad de corriente menor.
Voltaje-Corriente: las intensidades de las corrientes son inversamente proporcionales a los voltajes.
Potencia en el transformador
Para fines de diseño el núcleo es el que determina la potencia.
ojo: la sección del conductor es la que determina realmente la potencia del transformador ya que si aplicamos una sección del conductor inadecuada (un alambre más fino del que se necesita), el equipo no podrá suministrar la corriente nominal y se quemará cuando se demande de él la potencia para la cual fue diseñado.
Fórmulas para calcular un transformador
Fórmula general para calcular número de espiras en los devanados de un transformador:
N=(100,000,000*V)/(K*B*F*Sn)
Donde:
K= 4.44 (constante de concatenación de flujo).
B= 10,000 Gauss (Flujo magnético que oscila entre 8,000 y 12,000 Gauss).
F= 60Hz o c/s (frecuencia).
V= voltaje en el devanado del transformador.
Sn= sección del núcleo en centímetros cuadrados.
100,000,000= constante diez elevada a la ocho, es la cantidad de líneas de fuerza magnética necesarias para la inducción de un voltio.
N= número de espiras o vueltas en el devanado del transformador.
Fórmula para calcular la sección del núcleo de un transformador:
Sn=A(Cm)*B(Cm)
Sn= sección del núcleo
A= altura del núcleo
B= base del núcleo
La sección del núcleo también se puede determinar buscando la raíz cuadrada de la potencia del transformador.
Fórmula para calcular la Potencia de un transformador:
P=Vp*Ip
Vp= voltaje del primario.
Ip= corriente del primario.
P=Vs*Is
Vs= voltaje del secundario.
Is= corriente del secundario.
La unidad de medida de la potencia es el voltio-amperes (VA).
La potencia del transformador también se puede conseguir elevando la sección del núcleo al cuadrado.
Fórmula para calcular las corrientes en los devanados de un transformador:
Ip=P/Vp
Ip= corriente en el devanado primario.
Vp= voltaje en el devanado primario.
P= potencia del transformador.
Is= P/Vs
Is= corriente en el devanado secundario.
Vs= voltaje en el devanado secundario.
P= potencia del transformador.
Fórmulas para calcular la Relación (Ratio) de transformación en un transformador:
Ratio = Vp/Vs = Np/Ns = Is/Ip
Relación de transformación de la corriente eléctrica con respecto al número de espiras de los devanados.
Ip*Np = Is*Ns
Relación de transformación del voltaje con respecto al número de espiras de los devanados.
Vp/Vs = Np/Ns
Cálculo de un transformador con las siguientes características:
Voltaje primario(Vp) = 120V
Voltaje secundario(Vs) = 12V
Potencia = 500VA
