¿Qué es un transformador y qué usos tiene?

  ¿Qué es un transformador y qué usos tiene? 

Los transformadores ayudan a desarrollar nuestra industria eléctrica. En ella, permiten variar alguna función de la corriente, como la tensión o la potencia, para mantener la frecuencia, manteniendo una relación ideal entre todas ellas.

Los transformadores son máquinas que manipulan la electricidad. Lo hacen modificando la potencia y la tensión sin cambiar la frecuencia o la intensidad de la corriente, de modo que se mantiene la función deseada en todo momento. Estos dispositivos son elementos importantes en los sistemas de distribución eléctrica para mejorar la eficiencia al tiempo que se aprovechan las fuentes de energía renovables.

¿Qué componentes forman un transformador eléctrico? 

Un transformador se compone de diferentes partes, siendo las más significativas el núcleo y los devanados.

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El núcleo de un transformador está formado por placas de acero al silicio aisladas entre sí. Se compone de dos partes principales: las columnas y la culata, que están unidas por una capa aislante, generalmente de barniz. La finalidad del transformador es conducir el flujo magnético a través de los devanados que se conectan entre estas dos secciones, ya que tiene una gran capacidad de conducción. Cuando la tensión eléctrica entra en un devanado primario (el lado de entrada) por un extremo y sale por otro con muy poco cambio, se hablará de "primario". Si aplicamos esta misma idea a los transformadores con más de un devanado secundario, obtenemos lo que llamamos tensiones "secundarias" o de salida, ya que implican muchos menos cambios en comparación con cuando se introducen grandes cantidades de electricidad a la vez, como ocurre en nuestros hogares ahora en comparación con aquella época.

Funcionamiento de los transformadores eléctricos

Los transformadores se basan en la inducción electromagnética. Cuando se aplica una fuerza electromotriz al devanado primario, es decir, una tensión, se crea un flujo magnético en el núcleo de hierro y se desplaza desde allí a otras partes de la estructura del transformador, como su devanado secundario, donde induce corrientes que provocan oscilaciones de corriente eléctrica (que requieren corriente alterna). El transformador no puede utilizarse con corriente continua porque, según la Ley de Lenz, la corriente continua no creará una fluctuación suficiente para la transformación de la frecuencia sin apagarse por completo debido a la resonancia mecánica, lo que no ocurrirá en la mayoría de los casos.

Tipos de transformadores

Existen diferentes tipos de transformadores que varían los valores de tensión en un circuito de corriente alterna, y los transformadores de potencia se dividen en dos grupos principales: de subida o de bajada. Funcionan en base a la inducción electromagnética. En estos transformadores el número de espiras de cada devanado es mayor que el del otro.

Los transformadores reductores tienen la capacidad de disminuir la tensión de salida en relación con la tensión de entrada. En estos transformadores, hay un mayor número de vueltas en el devanado primario que en el secundario. Las conexiones inversas también pueden actuar como elevadores o reductores en función de su colocación y orientación.

Autotransformadores 

Los autotransformadores se utilizan cuando es necesario cambiar el valor de la tensión en cantidades muy pequeñas. La solución es montar las bobinas de forma sumatoria, lo que significa que la tensión de entrada (Vp) sólo atraviesa un determinado número de espiras (Np), mientras que las tensiones de salida tienen que atravesar todo el número total de espiras o "sumadas".

Instrumentos utilizados para reducir grandes tensiones o corrientes a un nivel seguro para la medición. Se compone de un devanado primario que recorre el material ferromagnético y una bobina secundaria que rodea el anillo. Así se induce una tensión en el imán que hace circular la corriente por su propia bobina, reduciendo la tensión de la línea a su valor final, además de inducir una corriente opuesta pero igual en el propio circuito del transformador.

Transformadores de potencial eléctrico

Los transformadores de potencial eléctrico son dispositivos que actúan como puente entre dos tensiones diferentes. Se pueden utilizar para medir la diferencia de tensión de un circuito y, a continuación, proporcionar esta información a otros circuitos o máquinas para que sepan cuánta energía está disponible para su uso.

Transformadores trifásicos

Los transformadores trifásicos pueden crearse de dos maneras: una es con tres transformadores monofásicos, y la otra con tres devanados en un núcleo común. Esta última opción es más recomendable porque da lugar a un transformador más pequeño, ligero y barato. La conexión estrella-estrella se produce cuando hay hojas de cable conectadas a cada punto de estrella de los núcleos sin conexiones cruzadas ni cables compartidos entre ellos (ya que este tipo no requiere ningún control externo). Por el contrario, la conexión delta implica un anillo de hierro que conecta ambos centros a la vez o un yugo que divide desde el eje del brazo hasta cerca de la parte superior de la pieza del polo por medio de un tubo de aluminio. La conexión delta-delta tiene ambos brazos divididos en 2 ramas principales mediante pétalos - todas las ramas que salen de los puntos de la estrella comparten la misma forma octogonal alrededor del terminal central que forma 3 capas para conducir la corriente.

En un transformador ideal, la potencia de entrada es igual a la de salida. Esto se representa de la siguiente manera

Np - I = NIIs

Lo que ocurre en los transformadores reales es que hay pequeñas pérdidas (calor) que se manifiestan de diferentes maneras y pueden ser causadas por varios factores que acaban siendo un factor de resistencia. La siguiente lista ofrece algunos ejemplos:

Calor debido a la propia resistencia del cobre; calor debido a la producción de corriente parásita por la resistividad del núcleo ferromagnético; calor atribuido por la pérdida de histéresis cuando los flujos magnetizantes circulan de forma diferente cada medio ciclo; y autoinductancia inducida por los flujos de dispersión dentro de las bobinas primarias y secundarias.

Usos de los transformadores 

Los transformadores se utilizan ampliamente en la red eléctrica. Una vez generada la electricidad, pasa por transformadores elevadores para reducir las pérdidas antes de ir a la red. A continuación, los transformadores reductores la suministran y le dan valores que podemos utilizar en nuestra vida cotidiana. Los transformadores también son dispositivos clave en la seguridad eléctrica del hogar: son los que conforman un dispositivo diferencial que comprueba los cambios para que no recibas una descarga si hay un desequilibrio en la corriente que entra o sale de tu casa.