Magnetismo y transformadores

Para el ingeniero responsable del uso y operación de una instalación es muy útil comprender los problemas relacionados con el voltaje, la corriente, Magnetismo y transformadores.

Se denomina transformador a un elemento eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, es igual a la que se obtiene a la salida.

El transformador varía según la aplicación; en la misma linea desde los mas pequeños del tamaño de una uña, usados en comunicaciones, hasta gigantes unidades de potencia con muchas toneladas de peso.

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Ciertamente los transformadores basan su operación en la interacción entre los fenómenos eléctrico y magnético. Carecen de partes móviles internas lo que los vuelven maquinas muy eficientes.

Conceptos básicos de Magnetismo y transformadores

En el diagrama eléctrico normal de un transformador con sus devanados primario y secundario, además de un núcleo de hierro representado con líneas verticales.

Las corrientes eléctricas circulan en los alambres de cobre de los devanados los cuales están lógicamente aislados tanto del núcleo de hierro como entre si.

Se observará que el flujo Ø enlaza las vueltas de cada devanado. La ley de la acción de los transformadores de Faraday es que si un flujo Ø enlaza a un devanado de N vueltas, se genera un voltaje en ese devanado, que es proporcional a la rapidez de cambio de flujo y al numero de vueltas enlazadas.

V= N ( dØ / dt )

Donde: Ø es el flujo magnético dentro del núcleo del transformador.

Si se aplica un voltaje en la entrada Vp, aparecerá un voltaje en Vs. Aplicando la ecuación de los devanados primario y secundario.

Ya que el flujo magnético es el mismo dentro del núcleo del transformador, la ecuación en notación fasorial a través de cada bovina quedaría de la siguiente manera.

Vs = Vp ( N2 / N1 )

Donde: N1 y N2 son las vueltas de los devanados o relación de transformación, la cual se especifica en el dato de placa del equipo.

Sobre todo debemos considerar también que, un transformador puede ser elevador o reductor; esto quiere decir que es bidireccional, no tiene un solo sentido.

De igual manera por el sentido de los devanados la relación entre Vp y Vs, se desfasa en un angulo eléctrico de 180º. Lo anterior no tiene una aplicación practica, pero se debe tener en cuenta cuando hacemos oscilografías en circuitos nuevos.

Impedancia del transformador

Por ultimo debemos considerar que un transformador tiene una impedancia propia conocida como ZC, el valor de la impedancia del transformador debe tomarse en cuenta a la hora de realizar acoples para que no existan desbalances a la hora de aplicarle carga al banco de transformadores.

El Magnetismo y transformadores afectan tanto voltajes como corrientes, no es fácil demostrar que un transformador también puede transformar impedancias, de tal forma que la impedancia desde el lado primario sería la siguiente:

Z_{P =} ZC / (N2/N1)²

Si por ejemplo: N2/N1 son igual a 0.5 y ZC fuera a 100 Ω, la fuente de lado primario vería una razón de Zp = 100 Ω / (N2/N1)² = 400 Ω.

Debido a que el voltaje y la corriente se transforman inversamente, el producto resultante de V por I en ambos sentidos de los devanados representan lo potencia aparente kVA del transformador.

También indica la eficiencia y calidad del transformador, ya que mientras más es el valor de la impedancia, mayores serán sus pérdidas.

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