Transformador de aceite

Cómo funcionan los transformadores: una introducción a sus principios operativos

Los transformadores son componentes esenciales en los sistemas eléctricos modernos, que juegan un papel fundamental en la transmisión y distribución de la energía eléctrica. Operan en los principios de inducción electromagnética, lo que permite la transferencia eficiente de energía entre los circuitos sin conexión eléctrica directa. A continuación se muestra una explicación de cómo funcionan los transformadores.

1. Estructura básica de un transformador

Un transformador consta de tres componentes principales:

• Bobina primaria (devanado):Se aplica la bobina de entrada donde se aplica la corriente alterna (AC).

• Bobina secundaria (devanado):La bobina de salida donde se obtiene el voltaje transformado.

• Núcleo magnético:Típicamente hecho de hierro o ferrita laminado, el núcleo proporciona una ruta para el flujo magnético y vincula las bobinas primarias y secundarias.

2. Principio de operación: inducción electromagnética

Los transformadores dependen de la ley de inducción electromagnética de Faraday, que establece que un campo magnético cambiante dentro de una bobina de alambre induce un voltaje a través de la bobina. Así es como funciona:

1. Cuando una corriente alterna (AC) fluye a través delbobina primaria, genera un campo magnético en constante cambio alrededor de la bobina.

2. Este campo magnético está concentrado y guiado por elnúcleo magnético, que vincula las bobinas primarias y secundarias.

3. El campo magnético cambiante induce un voltaje en elbobina secundariadebido a la inducción electromagnética.

4. El voltaje inducido en la bobina secundaria depende de la relación del número de giros en las bobinas primarias y secundarias.

3. Transformación de voltaje

La función clave de un transformador es aumentar (aumentar) o bajar (disminuir) los niveles de voltaje. Esto está determinado por elRelación de giros, que es la relación del número de giros en la bobina primaria (N₁) al número de giros en la bobina secundaria (N₂):

• Transformador de paso hasta:Si n₂> n₁, el voltaje de salida es más alto que el voltaje de entrada.

• Transformador reducido:Si n₂ <n₁, el voltaje de salida es más bajo que el voltaje de entrada.

La relación entre el voltaje de entrada (V₁), el voltaje de salida (V₂) y la relación Turns viene dada por:

$$\frac{{�}_1}{{�}_2}=\frac{{�}_1}{{�}_2}$$

4. Conservación de energía

Los transformadores operan en el principio de conservación de energía. Idealmente, la entrada de energía (P₁) a la bobina primaria es igual a la salida de potencia (P₂) desde la bobina secundaria:

$${�}_1={�}_2$$

Dado que la potencia es el producto de voltaje y corriente (p = v × i), la corriente en las bobinas se ajusta inversamente con el voltaje:

$$\frac{{�}_1}{{�}_2}=\frac{{�}_2}{{�}_1}$$

Esto significa que un transformador de paso hacia arriba aumenta el voltaje pero disminuye la corriente, mientras que un transformador reductor disminuye el voltaje pero aumenta la corriente.

5. Aplicaciones de Transformers

Los transformadores se usan ampliamente en:

• Transmisión de energía:Los transformadores de subida aumentan el voltaje para una transmisión eficiente de larga distancia, mientras que los transformadores reductores reducen el voltaje para un uso seguro en hogares e industrias.

• Electrónica:Se utilizan pequeños transformadores en adaptadores de potencia y cargadores para convertir el CA de alto voltaje a DC de bajo voltaje.

• Aislamiento:Los transformadores proporcionan un aislamiento eléctrico entre los circuitos, la mejora de la seguridad y la reducción del ruido.

6. Eficiencia y pérdidas

Si bien los transformadores son altamente eficientes, no son perfectos. Las pérdidas de energía ocurren debido a:

• Pérdidas resistivas:Calor generado debido a la resistencia de las bobinas.

• Pérdidas del núcleo:La energía se perdió como calor en el núcleo magnético debido a la histéresis y las corrientes de remolino.

• Flujo de fugas:Flujo magnético que no vincula ambas bobinas, reduciendo la eficiencia.

Los transformadores modernos están diseñados con materiales de alta calidad y sistemas de enfriamiento para minimizar estas pérdidas.

Conclusión

Los transformadores son dispositivos indispensables en ingeniería eléctrica, lo que permite la transmisión y distribución eficientes de la energía eléctrica. Al aprovechar los principios de inducción electromagnética, facilitan la transformación de voltaje mientras conservan la energía. Su versatilidad y confiabilidad los convierten en una piedra angular de los sistemas de energía y los dispositivos electrónicos.