Transformadores Eléctricos: Conceptos Básicos y Principios de Funcionamiento Déjanos tus comentarios

¿Qué es un Transformador?

Un transformador es un dispositivo estático diseñado para transferir energía eléctrica entre dos circuitos diferentes, manteniendo la misma frecuencia. Este equipo permite aumentar o disminuir el voltaje en el circuito, mientras que la corriente cambia de forma proporcional. En este artículo exploraremos los conceptos básicos y los principios de funcionamiento de los transformadores eléctricos.

Principio de Funcionamiento de un Transformador

El principio fundamental de los transformadores eléctricos  se basa en la inducción mutua entre dos circuitos conectados mediante un flujo magnético común. Un transformador básico consta de dos bobinas que están eléctricamente separadas pero magnéticamente vinculadas a través de un núcleo de baja reluctancia.

Como se muestra en el diagrama, el transformador tiene dos devanados: primario y secundario. El núcleo está formado por láminas delgadas con pequeños espacios visibles en su sección transversal, dispuestos de manera superpuesta. Ambas bobinas presentan una alta inductancia mutua.

Cuando una fuente de voltaje alterno se conecta al devanado primario, el flujo magnético alterno generado en el núcleo induce una fuerza electromotriz (FEM) mutua en las bobinas. Esto se explica mediante la Ley de Faraday de Inducción Electromagnética:

Si el circuito del devanado secundario está cerrado, circula una corriente a través de él, transfiriendo energía magnéticamente del devanado primario al secundario.

• El devanado primario recibe la alimentación de corriente alterna.
• El devanado secundario proporciona la energía al circuito conectado.

En resumen, un transformador realiza las siguientes funciones:

• Transfiere energía eléctrica de un circuito a otro.
• Realiza la transferencia sin alterar la frecuencia.
• Opera basado en el principio de inducción electromagnética.
• Conecta dos circuitos mediante inductancia mutua.

Construcción de un Transformador

La estructura de un transformador se compone de dos bobinas inductivas y un núcleo de acero laminado. Estas bobinas están aisladas entre sí y del núcleo de acero. Además, el equipo requiere una carcasa adecuada para albergar el conjunto del núcleo y los devanados, así como un medio para aislarlos de la carcasa.

Para garantizar el aislamiento, se utilizan pasatapas de porcelana o de tipo capacitivo que permiten llevar las terminales de los devanados hacia el exterior.

En los transformadores comerciales, el núcleo está hecho de delgadas láminas de acero con alto contenido de silicio, ensambladas para minimizar las pérdidas por corrientes parásitas. Estas láminas se recubren con una capa de barniz o se les forma una capa de óxido para reducir dichas pérdidas. El espesor de las láminas varía entre 0.35 mm para frecuencias de 50 Hz y 0.5 mm para frecuencias de 25 Hz.

Tipos de Transformadores según su Diseño

Los transformadores se clasifican según la disposición de los devanados alrededor del núcleo:

1.Transformadores Tipo Núcleo En este diseño, los devanados están dispuestos alrededor de una parte significativa del núcleo. Las bobinas tienen forma cilíndrica y pueden emplearse tanto en transformadores pequeños como grandes. En pequeños transformadores, el núcleo tiene forma rectangular, mientras que en los grandes se utilizan secciones cruciformes.

• • El devanado de baja tensión se coloca más cerca del núcleo para facilitar el aislamiento.
  • Las láminas y el aislamiento reducen el área efectiva del núcleo.

2.Transformadores Tipo Carcasa En estos transformadores, el núcleo rodea gran parte de los devanados. Las bobinas están formadas por discos apilados en capas delgadas, separadas por papel para aislamiento y enfriamiento. Esta configuración minimiza las vibraciones y evita daños en el aislamiento.

Clasificación según Métodos de Refrigeración

Según el sistema de refrigeración, los transformadores pueden ser:

1. Transformadores con Aceite Autorrefrigerado Se emplean en transformadores de distribución pequeños y medianos. El conjunto del núcleo y los devanados se sumerge en un tanque de acero lleno de aceite aislante purificado. Este aceite transfiere el calor generado hacia las paredes del tanque, que lo disipan al ambiente.
   • En modelos pequeños, el tanque es liso.
   • En modelos grandes, se utilizan superficies corrugadas o radiadores adicionales.
2. Transformadores con Aceite y Refrigeración por Agua En este diseño, el aceite rodea los devanados y el núcleo, pero se instalan serpentines para que circule agua, la cual absorbe el calor. Este método es más económico para transformadores de gran tamaño y alta tensión, ya que no requiere un recinto propio y reduce los costos de mantenimiento.
3. Transformadores Refrigerados por Aire Usados en equipos con tensiones menores a 25,000 voltios. El transformador está protegido por una carcasa metálica con aberturas que permiten el flujo de aire para su enfriamiento.