Los transformadores son dispositivos estacionarios indispensables para transferir eficazmente la energía eléctrica entre circuitos.
Cambian la tensión del lado de entrada, llamado primario, al lado de salida, conocido como secundario, para satisfacer distintas necesidades. Un transformador elevador aumenta la tensión en la salida, mientras que un transformador reductor la disminuye.
Este artículo explica el diseño y la función de ambos Transformador elevador y reductor y cubre los principios básicos de la transmisión eléctrica.
A transformador reductor reduce la tensión de un nivel superior en el primario a un nivel inferior en el secundario.
Por ejemplo, si un edificio recibe alimentación trifásica a 480 voltios pero necesita alimentación trifásica a 208 voltios para una máquina, se utiliza un transformador reductor para bajar la tensión de 480 a 208 voltios, garantizando que el equipo reciba la tensión adecuada.
A transformador elevador aumenta la tensión al tener una tensión más baja en el primario y más alta en el secundario. Por ejemplo, si el cableado de tu edificio suministra 208 voltios pero una máquina grande necesita 480 voltios, se necesita un transformador elevador para subir la tensión de 208 a 480 voltios.
Un transformador incluye dos bobinas de alambre: el bobinado primario, que recibe la energía, y el bobinado secundario, que la suministra. Ambas bobinas envuelven un núcleo de hierro magnético hecho de finas láminas para reducir la pérdida de energía en el núcleo causada por los campos magnéticos cambiantes.
Cuando la energía fluye por el devanado primario, crea un campo magnético que induce tensión y corriente en el devanado secundario por inducción mutua. La tensión en el secundario depende de la relación de vueltas entre las bobinas secundaria y primaria.
Esta relación se expresa mediante la fórmula
V1V2=N1N2=I2I1V2V1=N2N1=I1I2z
donde V1V1 y V2V2 son las tensiones en los devanados primario y secundario, N1N1 y N2N2 son el número de espiras de las bobinas primaria y secundaria, e I1I1 e I2I2 son las corrientes en los devanados primario y secundario, respectivamente.
Un transformador elevador aumenta la tensión en el devanado secundario en comparación con el primario. Según la fórmula de transformación de la tensión, para que la tensión secundaria V2V_2V2 sea superior a la tensión primaria V1V_1V1, el número de espiras de la bobina secundaria N2N_2N2 debe ser superior al de la bobina primaria N1N_1N1. Es decir:
Aunque el transformador aumenta la tensión, disminuye la corriente en el secundario, porque la potencia total en ambos lados es igual. El grosor del cable refleja la capacidad de corriente: la bobina primaria, que transporta más corriente, utiliza un cable de cobre aislado más grueso, y la bobina secundaria utiliza un cable más fino. Los transformadores se expresan en kVA (kilovoltios amperios), producto de la tensión y la corriente.
Por ejemplo, con un transformador 1:10 se aplican 10 V en el devanado primario:
La tensión secundaria se calcula como:V2=N2N1×V1=100VV_2 = frac{N_2}{N_1} veces V_1 = 100VV2=N1N2×V1=100V
Así, la tensión secundaria es diez veces la tensión de entrada.
Un transformador reductor disminuye la tensión en el devanado secundario en comparación con el primario. Según la fórmula de transformación de la tensión, para que la tensión secundaria V2V_2V2 sea inferior a la tensión primaria V1V_1V1, el número de espiras de la bobina secundaria N2N_2N2 debe ser inferior al de la bobina primaria N1N_1N1. Es decir:
Mientras el transformador reduce la tensión, aumenta la corriente en el secundario. La bobina secundaria transporta más corriente, por lo que utiliza un cable de cobre aislado más grueso, mientras que la bobina primaria utiliza un cable más fino. Los transformadores reductores suelen utilizarse en aplicaciones de baja tensión, como la iluminación paisajística.
Por ejemplo, con un transformador 100:1 aplicado 10V en el devanado primario:
La tensión secundaria es:V2=N2N1×V1=0,1VV_2 = frac{N_2}{N_1} veces V_1 = 0,1VV2=N1N2×V1=0,1V
Esto significa que la tensión secundaria es 100 veces inferior a la primaria.
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Un transformador puede funcionar a la inversa: el devanado secundario es alimentado por una fuente de corriente alterna y el primario alimenta la carga. Esto significa que un transformador elevador puede funcionar como reductor y viceversa.
Sin embargo, para un funcionamiento eficaz y seguro, cada bobinado debe utilizarse dentro de sus límites originales de tensión y corriente de diseño. El uso de un transformador hacia atrás fuera de estos límites puede causar ineficiencia o daños debido a la tensión o corriente excesiva.
Los transformadores elevadores tienen un grueso cable de cobre aislado en el primario y elevan la tensión a 11.000 voltios o más. Son esenciales para necesidades de potencia especiales, como el funcionamiento de Máquinas de rayos X, microondas y centrales eléctricas. Estos transformadores también se utilizan para aumentar la tensión en líneas de transmisión de alta potencia y para reforzar dispositivos electrónicos.
Los transformadores reductores son habituales en aparatos de uso cotidiano, como CD, televisores y timbres. También se utilizan en estabilizadores de tensión, inversores, redes de distribución eléctrica, cargadores de teléfonos móviles y líneas de transmisión.
Un transformador elevador aumenta la tensión del devanado primario al secundario, mientras que un transformador reductor la disminuye.
Sí, un transformador puede funcionar al revés -utilizando el secundario como entrada y el primario como salida-, pero debe mantenerse dentro de los límites originales de tensión y corriente para evitar daños e ineficacia.
Los transformadores elevadores transportan una corriente más alta por el lado primario, por lo que se utiliza un cable de cobre aislado más grueso para manejar la corriente con seguridad.
Se encuentran en aparatos electrónicos domésticos como televisores y cargadores, estabilizadores de tensión, inversores y redes de distribución de energía.
Los transformadores dependen de campos magnéticos cambiantes, que sólo se producen con corriente alterna, por lo que no pueden funcionar con corriente continua (CC).
