Tresformador

El tresformador ye un dispositivu llétricu que dexa aumentar o menguar la tensión nun circuitu llétricu de corriente alterna, calteniendo la potencia. La potencia qu'ingresa al equipu, nel casu d'un tresformador ideal (esto ye, ensin perdes), ye igual a la que se llogra a la salida. Les máquines reales presenten un pequeñu porcentaxe de perdes, dependiendo del so diseñu y tamañu, ente otros factores.

El tresformador ye un dispositivu que convierte la enerxía llétrico alterno d'un ciertu nivel de tensión, n'enerxía alterno d'otru nivel de tensión, basándose nel fenómenu de la inducción electromagnética. Ta constituyíu por dos bobines de material conductor, enduvellaes sobre un nucleu zarráu de material ferromagnético, pero aisllaes ente sigo llétricamente. La única conexón ente les bobines constituyir el fluxu magnético común que s'establez nel nucleu. El nucleu, xeneralmente, ye fabricáu bien seya de fierro o de llámines apiladas d'aceru llétrico, aleación apropiao pa optimizar el fluxu magnético. Les bobines o enduvellaos denominar primariu y secundariu según correspuendan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respeutivamente. Tamién esisten tresformadores con más enduvellaos; nesti casu, puede esistir un enduvelláu "terciariu", de menor tensión que'l secundariu.

 Funcionamientu 
Esti elementu llétricu basar nel fenómenu de la inducción electromagnética, yá que si aplicamos una fuercia electromotriz alterna nel enduvelláu primariu, por cuenta de la variación de la intensidá y sentíu de la corriente alterna, produzse la inducción d'un fluxu magnético variable nel nucleu de fierro.

Esti fluxu va aniciar, por inducción electromagnética, l'apaición d'una fuercia electromotriz nel enduvelláu secundariu. La tensión nel enduvelláu secundariu va depender direutamente del númberu de espiras que tengan los enduvellaos y de la tensión del enduvelláu primariu.

 Rellación de Tresformamientu 

La rellación de tresformamientu indica l'aumentu o decremento que sufre'l valor de la tensión de salida con al respective de la tensión d'entrada, esto quier dicir, la rellación ente la tensión de salida y la d'entrada.

La rellación ente la fuercia electromotriz inductora (Ep), l'aplicada al enduvelláu primariu y la fuercia electromotriz inducida (Es), la llograda nel secundariu, ye direutamente proporcional al númberu de espiras de los enduvellaos primariu (Np) y secundariu (Ns) , según la ecuación:

La rellación de tresformamientu (m) de la tensión ente'l bobinado primariu y el bobinado secundariu depende de los númberos de vueltes que tenga cada unu. Si'l númberu de vueltes del secundariu ye'l triple del primariu, nel secundariu va haber el triple de tensión.

Onde: (Vp) ye la tensión nel enduvelláu primariu o tensión d'entrada, (Vs) ye la tensión nel enduvelláu secundariu o tensión de salida, (Ip) ye la corriente nel enduvelláu primariu o corriente d'entrada, y (Is) ye la corriente nel enduvelláu secundariu o corriente de salida.


Esta particularidá utilizar na rede de tresporte d'enerxía llétrico: al poder efectuar el tresporte a altes tensiones y pequeñes intensidaes, menguar les perdes pol efeutu Joule y embrívese el costu de los conductores.

Asina, si'l númberu de espiras (vueltes) del secundariu ye 100 vegaes mayor que'l del primariu, al aplicar una tensión alterno de 230 voltios nel primariu, llógrense 23.000 voltios nel secundariu (una rellación 100 vegaes cimera, como lo ye la rellación de espiras). A la rellación ente'l númberu de vueltes o espiras del primariu y les del secundariu llámase-y rellación de vueltes del tresformador o rellación de tresformamientu.

Agora bien, como la potencia llétrica aplicada nel primariu, en casu d'un tresformador ideal, ten de ser igual a la llograda nel secundariu:

El productu de la diferencia de potencial pola intensidá (potencia) ten de ser constante, colo que nel casu del exemplu, si la intensidá circulante pol primariu ye de 10 amperios, la del secundariu va ser de solu 0,1 amperios (una centésima parte).

 Principiu de funcionamientu 
El principiu de funcionamientu del tresformador tien les sos bases na teoría del electromagnetismu resumida nes ecuaciones de Maxwell.

 Corriente de inrush 
La corriente de inrush o corriente transitoria de magnetización ye una corriente delles vegaes la corriente nominal que se produz al momentu de coneutar el tresformador a la rede. Puede ser de 10 vegaes la corriente nominal hasta 100 vegaes en casos raros.

 Historia 

 Primeros pasos: los esperimentos con bobines d'inducción 
El fenómenu d'inducción electromagnética nel que se basa'l funcionamientu del tresformador foi afayáu por Michael Faraday en 1831, básase fundamentalmente en que cualquier variación de fluxu magnético que traviesa un circuitu zarráu xenera una corriente inducida, y en que la corriente inducida namái permanez mientres se produz el cambéu de fluxu magnético.

La primera "bobina d'inducción" foi inventada pol sacerdote Nicholas Joseph Callen na Universidá de Maynooth n'Irlanda en 1836. Callen foi unu de los primeros investigadores en dase cuenta de que cuantes más espiras hai nel secundariu, en rellación col bobinado primariu, más grande ye l'aumentu de la tensión llétrico.

Los científicos ya investigadores basaron los sos esfuercios n'evolucionar les bobines d'inducción pa llograr mayores tensiones nes bateríes. En llugar de corriente alterna (CA), la so aición basar nun "do&break" mecanismu vibrador que regularmente atayaba'l fluxu de la corriente direuta (DC) de les bateríes.

Ente la década de 1830 y la década de 1870, los esfuercios pa construyir meyores bobines d'inducción, na so mayoría por ensayu y error, reveló amodo los principios básicos de los tresformadores. Un diseñu práctico y eficaz nun apaeció hasta la década de 1880, pero dientro d'un deceniu, el tresformador sería un papel decisivu na Guerra de les Corrientes”, y en que los sistemes de distribución de corriente alterna trunfaron sobre los sos homólogos de corriente continua, una posición dominante que caltienen dende entós.

En 1876, l'inxenieru rusu Pavel Yablochkov inventó un sistema de llume basáu nun conxuntu de bobines d'inducción nel cual el bobinado primariu coneutar a una fonte de corriente alterna y los enduvellaos secundarios podíen conectase a delles llámpares d'arcu, del so propiu diseñu. Les bobines utilizaes nel sistema portábense como tresformadores primitivos. La patente alegó que'l sistema podría, “apurrir suministru por separáu a dellos puntos de llume con distintes intensidaes lluminoses procedentes d'una sola fonte d'enerxía llétrico”.

En 1878, los inxenieros de la empresa Ganz n'Hungría asignaron parte de los sos recursos d'inxeniería pa la fabricación d'aparatos de llume llétrico p'Austria y Hungría. En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones pa dichu fin. Ufiertaba un sistema que constaba de dos lámpares incandescentes y d'arcu, xeneradores y otros accesorios.

En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs espunxeron per primer vegada un dispositivu con un nucleu de fierro llamáu "xenerador secundariu" en Londres, depués vendieron la idea a la compañía estauxunidense Westinghouse Electric. Tamién esti sistema foi espuestu en Turín, Italia en 1884, onde foi adoptáu pal sistema d'allumáu llétricu.

 La nacencia del primer tresformador 
Ente 1884 y 1885, los inxenieros húngaros Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy y Miksa Déri, de la compañía Ganz, d'esi país, crearon en Budapest el modelu “ZBD” de tresformador de corriente alterna, basáu nun diseñu de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs namái diseñaron un modelu de nucleu abiertu). Afayaron la fórmula matemática de los tresformadores:

onde Vs ye la tensión nel secundariu y Ns ye'l númberu de espiras nel secundariu; Vp y Np corresponder al primariu.

La so solicitú de patente fixo'l primer usu de la pallabra tresformador, que fuera acuñada por Bláthy Ottó.

En 1885, George Westinghouse mercó les patentes del ZBD y les de Gaulard y Gibbs. Él encamentó-y a William Stanley la construcción d'un tresformador de tipu ZBD pa usu comercial. Esti diseñu utilizar por primer vegada comercialmente en 1886.

 Otra información d'interés 
El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la enerxía llétrico qu'usaba tresformadores poner n'operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, nos Estaos Xuníos d'América. Nesi mesmu añu, la lletricidá tresmitir a 2.000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 quilómetros, nuna llinia construyida en Cerchi, Italia. A partir d'esta pequeña aplicación inicial, la industria llétrico nel mundu percorrió en tal forma, que na actualidá ye factor de desenvolvimientu de los pueblos, formando parte importante nesta industria'l tresformador. 
L'aparatu qu'equí se describe ye una aplicación, ente tantes, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobines concéntriques. A una bobina, llamada primariu, aplicábase-y una corriente continua proveniente d'una batería, conmutada per mediu d'un ruptor movíu pol magnetismu xeneráu nun nucleu de fierro central pola mesma enerxía de la batería. El campu magnético asina creáu variaba al son de les interrupciones, y nel otru bobinado, llamáu secundariu y con munches más espiras, inducíase una corriente d'escasu valor pero con una fuercia llétrico capaz de saltar ente les puntes d'un chispómetro conectáu a los sos estremos.

Tamién da orixe a les antigües bobines de ignición del automóvil Ford T, que tenía una per cada buxía, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente al traviés de caúna de les bobines na secuencia correuta.

 Tresformador trifásicu 
Esisten munchos tipos de tresformadores, ente los cualos el tresformador trifásicu tien una importancia induldable. Esti tipu de tresformador ocúpase tantu en xeneración cerca de los xeneradores p'alzar la insuficiente tensión d'estos, según tamién en tresmisión por llinia de tresmisión y en distribución onde se tresporta la enerxía llétrico a voltaxes menores escontra cases, comerciu ya industria. Toos el tresformadores dende la xeneradora hasta la entrada de los nuesos llares o industries son tresformadores trifásicos.

Un tresformador trifásicu consta de tres fases movíes en 120 graos, en sistemes equilibraos tienen igual magnitú. Una fase consiste nun polu positivu y negativu pol que circula una corriente alterna. Nun ye necesariu dicir qu'un tresformador nun funcionar con corriente continua, yá que por qu'esista un voltaxe V ten d'haber una variación del fluxu. V = N dΦ/dt onde N ye'l númberu de espiras del llau d'alta o baxa tensión del tresformador. El términu dΦ/dt ye una derivada del fluxu, o en términos simples la variación del fluxu magnético. Faraday demostró nel sieglu XIX que si s'avera un imán a una bobina moviendo l'imán o la bobina induzse una corriente y produz un voltaxe los cualos pueden faer trabayu como encender una bombilla. 

Les distintes formes de conexón de los bobinados trifásicos d'un tresformador, recibe'l nome de grupu de conexionado. Amás d'identificar les conexones de los bobinados primariu y secundariu (estrella, triángulu o zig-zag), el grupu de conexionado indica'l desfasaje ente les tensiones de llinia primaria y secundaria, de los sistemes trifásicos venceyaos pol tresformador. Los grupos de conexionado más comúnmente utilizaos na distribución d'enerxía llétrico son Dy5 (primariu en triángulu, secundariu n'estrella, desfasaje 150 graos) y Dy11 (triángulu, estrella, 330 graos), Yy0 (estrella, estrella, 0 graos), Yd11 (estrella, triángulu, 330 graos), ente otros. El conceutu práuticu de grupu de conexionado adquier relevancia pa realizar una operación segura, mientres la puesta en paralelu de tresformadores.

 Componentes 
 El nucleu 
El nucleu ta formáu por delles chapes o fueyes de metal (xeneralmente material ferromagnético) que tán apiladas una xunto a la otra, ensin soldar, similar a les fueyes d'un llibru. La función del nucleu ye caltener el fluxu magnético confináu dientro d'él y evitar qu'esti fluya pel aire favoreciendo les perdíes nel nucleu y amenorgando la eficiencia. La configuración por laminas del nucleu laminado realizar pa evitar les corrientes de Foucault, que son corrientes que circulen ente laminas, indeseadas pos favorecen les perdíes.

 Bobines 
Les bobines son a cencielles alambres xeneralmente de cobre endolcáu nes piernes del nucleu. Según el númberu de espiras (vueltes) alredor d'una pierna va inducir un voltaxe mayor. Xuégase entós col númberu de vueltes nel primariu versus les del secundariu. Nun tresformador trifásicu'l númberu de vueltes del primariu y secundariu tendría de ser igual pa toles fases.

 Cambiador de taps 
El cambiador de taps o derivaciones ye un dispositivu xeneralmente mecánicu que puede ser xiráu manualmente pa camudar la razón de tresformamientu nun tresformador, típicamente, son 5 pasos unu d'ellos ye neutral, los otros alterien la razón en más o menos el 5%. Por casu esto ayuda a xubir el voltaxe nel secundariu p'ameyorar un voltaxe bien baxu en dalguna barra del sistema.

 Relé de sobrepresión 
Ye un dispositivu mecánicu que nivela l'aumentu de presión del tresformador que pueden faelo esplotar. Sicasí esisten dellos equipos qu'esploten a pesar de tener esti dispositivu. Esisten el relé de presión súbita pa presiones transitories y el relé de sobrepresión pa presiones más permanentes.

 Tableru de control 
Contién les conexones llétriques pal control, relés de proteición llétrica, señales de control de válvules de sobrepresión escontra dispositivos de proteición.

 Configuraciones 
Les bobines pueden ser coneutaes de forma distinta en delta, estrella, o T.
Pueden faese tresformadores trifásicos de trés formes distintes:
 Coneutando trés tresformadores monofásicos
 Nucleu tipu acorazáu #
Tresformador tipu nucleu.

 Clases de ventilación 
Hai distintos tipos de ventilación nun tresformador. 
La ventilación puede ser por:
 Conveición natural (N).
 Ventilación forzada (F).

El refrigerante al interior del estante del tresformador ye de dellos tipos:
 Aceite (O del inglés Oil).
 Agua (W, del inglés Water).
 Gas (G).

La nomenclatura que designa la ventilación ye del tipu XYXY, onde X indica'l tipu de refrigerante, y el Y la ventilación usada. Según esto esisten:
 ONAN
 ONAF
 ONWF
 OFAF

 Según les sos aplicaciones Tresformador elevador/reductor de tensión =
Son emplegaos por empreses de xeneración llétrica nes subestaciones de la rede de tresporte d'enerxía llétrico, col fin de menguar les perdes por efeutu Joule. Por cuenta de la resistencia de los conductores, convién tresportar la enerxía llétrico a tensiones elevaes, lo qu'anicia la necesidá d'amenorgar nuevamente diches tensiones p'afaeles a les d'usu. La mayoría de los dispositivos electrónicos en llares faen usu de tresformadores reductores coneutaos a un circuitu rectificador d'onda completa pa producir el nivel de tensión de corriente direuta que precisen. Este ye'l casu de les fuentes d'alimentación d'equipos d'audiu, video y computación.

 Tresformadores variables 
Tamién llamaos "Variacs", tomen una llinia de tensión fixo (na entrada) y aproven de tensión de salida variable ajustable, dientro de dos valores.

 Tresformador d'aislamientu 
Apurre aislamientu galvánicu ente'l primariu y el secundariu, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suel tener una rellación 1:1 ente les tensiones del primariu y secundariu. Utilízase principalmente como midida de proteición, n'equipos que trabayen direutamente cola tensión de rede y tamién p'acoplar señales procedentes de sensores alloñaos, n'equipos d'electromedicina y onde se precisen tensiones flotantes.

 Tresformador d'alimentación 
Pueden tener una o delles bobines secundaries y apurren les tensiones necesaries pal funcionamientu del equipu. Dacuando incorpora un fusible que corta'l so circuitu primariu cuando'l tresformador algama una temperatura escesivo, evitando qu'ésti se quemar, cola emisión de fumos y gases que trai'l riesgu de quema. Estos fusibles nun suelen ser reemplazables, de cuenta qu'hai que sustituyir tol tresformador.


 Tresformador trifásicu 
Tienen trés bobinados nel so primariu y trés nel so secundariu. Pueden adoptar forma d'estrella (Y) (con filo de neutru o non) o delta -triángulu- (Δ) y les combinaciones ente elles: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hai que tener en cuenta qu'entá con rellaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, les tensiones de fase varien.
 Delta estrella: Úsase especialmente en distribución (baxa tensión) con delta n'alta y estrella en baxa con neutru accesible. Esto dexa que la onda sinusoidal de tercera harmónica calténgase circulando pola delta, pero nun se tresmita a les estrella.

 Tresformador de pulsos 
Ye un tipu especial de tresformador con respuesta bien rápida (baxa autoinducción) destináu a funcionar en réxime de pulsos. La so principal aplicación ye tresferir impulsos de mandu sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. llogrando un aislamientu galvánicu ente les etapes de mandu y potencia.

 Tresformador de llinia o Flyback 

Ye un casu particular de tresformador de pulsos. Emplegar nos televisiones con TRC (CRT) pa xenerar l'alta tensión y la corriente pa les bobines de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Amás suel apurrir otres tensiones pal tubu (focu, filamentu, etc.). Amás de tener una respuesta en frecuencia más alta que munchos tresformadores, tien la carauterística de caltener distintos niveles de potencia de salida por cuenta de los sos distintos arreglos ente los sos bobinados secundarios.

 Tresformador diferencial de variación llinial 

El tresformador diferencial de variación llinial (LVDT según les sos sigles n'inglés) ye un tipu de tresformador llétricu utilizáu pa midir desplazamientos lliniales. El tresformador tien tres bobines dispuestes estremu con estremu alredor d'un tubu. La bobina central ye l'enduvelláu primariu y les esternes son los secundarios. Un centru ferromagnético de forma cilíndrica, suxetu al oxetu que la so posición desea ser midida, esmucir con respectu a la exa del tubu.

Los LVDT son usaos pa la realimentación de posición en servomecanismos y pa la midida automática en ferramientes y munchos otros usos industriales y científicos.

 Tresformador con diodu estremáu 
Ye un tipu de tresformador de llinia qu'incorpora'l diodu rectificador p'apurrir la tensión continuo de MAT direutamente al tubu. Llámase diodu estremáu porque ta formáu por dellos diodos más pequeños partíos pol bobinado y coneutaos en serie, de cuenta que cada diodu namái tien que soportar una tensión inverso relativamente baxa. La salida del tresformador va direutamente al ánodu del tubu, ensin diodu nin triplicador.

 Tresformador de impedancia 

Esti tipu de tresformador emplegar p'afaer antenes y llinies de tresmisión (tarxetes de rede, teléfonos, etc.) y yera imprescindible nos etapa de potencia amplificadores de válvules p'afaer l'alta impedancia de los tubos a la baxa de los altavoces.

Si asitiar nel secundariu una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Ye=Ep.n, la impedancia vista dende'l primariu va ser Ep/Ip = -Ye/n²Is = Z/n². Asina, consiguimos tresformar una impedancia de valor Z n'otra de Z/n². Asitiando'l tresformador al aviesu, lo que faemos ye alzar la impedancia nun factor n².

 Estabilizador de tensión 
Ye un tipu especial de tresformador nel que'l nucleu encher cuando la tensión nel primariu entepasa'l so valor nominal. Entós, les variaciones de tensión nel secundariu queden llindaes. Tenía un llabor de proteición de los equipos frente a fluctuaciones de la rede. Esti tipu de tresformador cayó en desusu col desenvolvimientu de los reguladores de tensión electrónicu, por cuenta del so volume, pesu, preciu y baxa eficiencia enerxética.

 Tresformador híbridu o bobina híbrida 
Ye un tresformador que funciona como una híbrida. D'aplicación nos teléfonos, tarxetes de rede, etc.

 Balun 
Ye bien utilizáu como balun pa tresformar llinies equilibraes en non equilibraes y viceversa. La llinia permédiase coneutando a masa tómalo entemedia del secundariu del tresformador.

 Tresformador electrónicu 
Ta compuestu por un circuitu electrónicu qu'alza la frecuencia de la corriente llétrica qu'alimenta al tresformador, d'esta manera ye posible amenorgar drásticamente el so tamañu. Tamién pueden formar parte de circuitos más complexos que caltienen la tensión de salida nun valor prefijado ensin importar la variación na entrada, llamaos fonte conmutada.

 Tresformador de frecuencia variable 
Son pequeños tresformadores de nucleu de fierro, que funcionen na banda de audiofrecuencias. Utilícense de cutiu como dispositivos d'acoplamientu en circuitos electrónicos pa comunicaciones, midíes y control.

 Tresformadores de midida 
Ente'l tresformadores con fines especiales, los más importantes son el tresformadores de midida pa instalar preseos, contadores y relés proteutores en circuitos d'alta tensión o d'elevada corriente. El tresformadores de midida aisllen los circuitos de midida o de relés, dexando una mayor normalización na construcción de contadores, preseos y relés.

 Según la so construcción 
 Autotransformador 

El primariu y el secundariu del tresformador tán coneutaos en serie, constituyendo un bobinado únicu. Pesa menos y ye más baratu qu'un tresformador y por ello emplégase davezu pa convertir 220 V a 125 V y viceversa y n'otres aplicaciones similares. Tien l'inconveniente de nun apurrir aislamientu galvánicu ente'l primariu y el secundariu.

 Tresformador con nucleu toroidal o envolvente 
El nucleu consiste nun aniellu, de normal de compuestos artificiales de ferrita, sobre'l que se bobinan el primariu y el secundariu. Son más avolumaos, pero'l fluxu magnético queda confináu nel nucleu, teniendo fluxos de dispersión bien amenorgaos y baxes perdes por corrientes de Foucault.

 Tresformador de granu empobináu 
El nucleu ta formáu por una chapa de fierro de granu empobináu, endolcada sobre sí mesma, siempres nel mesmu sentíu, en llugar de les llámines de fierro duce separaes habituales. Presenta perdes bien amenorgaes pero ye caru. La chapa de fierro de granu empobináu pue ser tamién utilizada en tresformadores empobinaos (chapa en Y), amenorgando les sos perdes.

 Bobina de nucleu d'aire 
N'aplicaciones d'alta frecuencia empléguense bobinados sobre un carrete ensin nucleu o con un pequeñu cilindru de ferrita que s'introduz más o menos nel carrete, p'afaer el so inductancia.

 Tresformador de nucleu envolvente 
Tán provistos de nucleos de ferrita estremaos en dos metaes que, como una concha, envolubren los bobinados. Eviten los fluxos de dispersión.

 Tresformador piezoeléctrico 
Pa ciertes aplicaciones apaecieron nel mercáu tresformadores que nun tán basaos nel fluxu magnético pa tresportar la enerxía ente'l primariu y el secundariu, sinón que s'empleguen vibraciones mecániques nun cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaya de ser bien planos y funcionar bien a frecuencies elevaes. Usar en dellos convertidores de tensión p'alimentar les llámpares fluorescentes de los monitores de led y TFT usaos en computación y en televisión.

 Ver tamién 
 Autotransformador
 Multiplicador de tensión
 Divisor de tensión
 Cambiador de tomes
 Tresformador fi

 Referencies 

 Enllaces esternos 

 Resume de la teoría de los tresformadores de potencia de la Universidá de Cantabria (España).
 Midida de la resistencia de bobinados en tresformadores.  Artículu didácticu.



Categoría:Máquines llétriques
Categoría:Rede llétrica