Transformador

Transformador.

Un transformador conectato a lo rete electrico.

Bels transformadors de mida chicota.

Imachen d'un gran transformador.

Un transformador ye una maquina eletrica estatica (sin de partis en mobimiento) d'inducción electromagnetica que premite combertir as balors de tensión e d'intensidat de corrient suministratos por una fuent de corrient alterna en un u más sistemas de corrient alterna con balors de tensión e intensidat de corrient diferents pero d'a mesma frecuenzia. En resumen, os transformadors son uns aparatos que combierten enerchía eletrica d'unas caracteristica en enerchía eletrica con atras caracteristica, estando una d'as maquinas eletricas más efizients que esisten.

Un transformador gosa estar formato por tres partis:

• Un nuclio de material ferromagnetico que forma un zercuito magnetico zarrato.
• Un arrulamiento u debanamiento primario a lo que s'aplica una corrient eletrica.
• Un arrulamiento u debanamiento segundario que proporzionará una corrient eletrica de salita. En bels casos i puet aber más d'un segundario.

A corrient alterna aplicata a lo primer zercuito, o primario, creya un campo magnetico bariable; iste campo magnetico enduze una fuerza electromotriz a lo segundo zercuito, o segundario. Entre o zercuito primario e o segundario no bi ha denguna conexión, a enerchía se transmite a traviés d'o fluxo magnetico que se creya aintro d'o nuclio.

O boltache enduzito a lo segundario V_S ye proporzional a lo que s'ha aplicato a lo primario V_P seguntes una razón relazionata con o numero de bueltas de filo eletrico (espiras) en cada bobinato, ideyalment sería:

${\frac {U_{1}}{U_{2}}}={\frac {N_{1}}{N_{2}}}$

O numero d'espiras que composan as bobinas determinará la relación de bariazión entre as tensions d'entrada e de salita. Ixo implica que fendo una selección adecuata d'o numero de bueltas u espiras que composan os bobinatos primario e segundario podremos determinar o boltache que nos proporzionará o segundario.

Os transformadors tienen una gran importancia en a nuestra soziedat, sin d'ellos no se poderba fer o tresporte d'enerchía a grans distancias como las que bi ha entre as zentrals eletricas productoras d'eletrezidat e os consumidors. E, a una atra escala, son impreszindibles ta o funzionamiento d'a mayoría d'os aparatos que funzionan con eletrezidat ya que amenistan de boltaches muito más chicoz que os que plegan por o rete a una casa. Un ordinador u un telebisor tienen un transformador ta poder funzionar. Paralelament a la bariedat d'utilizazions, domesticas u industrials, bi ha una gran bariedat de tipos, formas, midas e prestazions, pueden ir dende os pocos milimetros e pocos gramos de peso dica metros e zentenars de toneladas, pero toz os transformadors se basan en os mesmos prenzipios de funzionamiento.

Historia

O prenzipio sobre o que se fundamenta o funzionamiento d'un transformador fue demostrato por Michael Faraday en 1831, l'aniello d'inducción que creyó estió lo primer transformador, pero nomás lo emplegó ta contrimostrar o fenomén d'a inducción electromagnetica e nunca no li dió garra aplicazión practica.

En 1876, o incheniero ruso Pavel Yablochkov imbentó un sistema d'iluminazión basato en un conchunto de bobinas d'induzió e unas lampas d'a suya imbenzión (Lampa Yablochkov), as bobinas funzionaban como un transformador. Iste sistema tenió prou esito comerzial e s'emplegó en as carreras de París en l'año 1881.

Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs desarrolloron entre 1881 e 1884 una maquina que deziban chenerador segundario que no yera atra cosa que un transformador. O primer prototipo utilizaba un nuclio de fierro ubierto que yera poco efizient. En 1883 emplegoron un nuclio de barras ta tresportar corrient alterna de 2000 volts a una distancia de 40 Km. O zaguer modelo patentato por Gaulard en 1886, ya con un zercuito magnetico zarrato, tien poco que imbidiar a los diseños actuals. En 1885 a compañía nordamericana "Westinghouse Electric Corporation" se intresó por os transformadors de Gaulard e en compró los dreitos ta os Estatos Unitos.

Dimpués de que George Westinghouse comprara las patents de Gaulard, o incheniero William Stanley, un incheniero d'a compañía Westinghouse, diseñó lo primer transformador comerzial en 1886 con un nuclio feito con placas de fierro en forma de E.

En 1885 os incheniers ongaros Zipernowsky, Bláthy e Déri d'a companyia Ganz de Budapest creyoron a partir d'os diseños de Gaulard e Gibbs un transformador muit efizient dito "ZBD" con un nuclio zarrato. A suya patent estió a primera que emplegó a palabra "transformador".

En 1889 o incheniero ruso Mikhail Dolivo-Dobrovolsky desarrolló lo primer transformador trifasico.

En 1891 Nikola Tesla imbentó a bobina Tesla, un transformador con nuclio d'aire composato por una serie de zercuitos resonants acoplatos que puet chenerar corrients a muit alta tensión e frecuenzia. A ideya inizial de Tesla yera aconseguir transmitir a enerchía eletrica sin de condutors, pero d'ista traza la transmisión se feba en totas direzions. Ista mesma ideya ha estato represa en 2006 por un equipe d'imbestigadors d'o Massachusetts Institute of Technology baixo lo nombre de witricity.

Encara que as nuebas tecnolochías han sustituyito a la utilizazión d'os transformadors en bellas aplicazions electronicas, encara s'emplegan en muitas atras e chugando un papel esenzial en o tresporte d'enerchía eletrica, fendo-la posible e economicament rentable. Os transformadors estioron un factor esencial en l'adopzión d'a corrient alterna frent a la corrient contina ta fer posible o tresporte a grans distancias.

Prenzipio de funzionamiento

A corrient d'intensidat I₁ e boltache U₁) aplicato a lo primario N₁ creya un campo magnetico bariable, o fluxo magnetico Φ a lo largo d'o zercuito magnetico enduze una corrient eletrica en l'arrulamiento segundario N₂ d'intensidat I₂ e boltache U₂.

O funzionamiento d'o transformador se basa en dos prenzipios:

• una corrient eletrica puet produzir un campo magnetico
• un campo magnetico que cambeya en un bobinato de filo eletrico enduze una corrient eletrica en os suyos estremos

En cambear a corrient de l'arrulamiento primario cambeya la fuerza d'o campo magnetico, quan o campo magnetico variable afecta l'arrulamiento segundario se bi enduze una esferencia de potencial eletrico.

A imachen d'a dreita representa o esquema d'o funzionamiento d'un transformador simplificato. O marco cuadrangular representa un nuclio ferromagnetico d'alta permeabilidat magnetica, como lo fierro, sobre o que bi ha dos arrulamientos u bobinatos de filo esmaltato, un a la cucha que ye o primario porque ye lo que rezibirá l'aplicazión d'una corrient eletrica; lo d'a dreita ye o segundario porque ye a lo que s'enduzirá una esferencia de potencial en os suyos estremos. S'ha de veyer que no bi ha garra conexión entre o primario y o segundario, o esmalte que cubre o filo eletrico emplegato fa que no aiga contacto entre as diferents bueltas u espiras ni con o material d'o nuclio

A corrient d'intensidat I₁ e boltache U₁ aplicata pasa por o bobinato primario (N₁, a la ) chenera un campo magnetico (que será bariable porque aplicamos una corrient alterna) e s'establexe un fluxo magnetico Φ a lo largo d'o zercuito magnetico que se creya aintro d'o nuclio que tresporta enerchía d'o primario enta o segundario de traza que s'enduze una corrient a lo segundario (N₂, a la dreita) d'intensidat I₂ e boltache U₂.

La lei d'a induzión

O boltache enduzito puet estar calculato con a lai de Faraday, que establexe que

${\mathcal {E}}=-N{d\Phi _{B} \over dt}$

á on

• ε ye a fuerza electromotriz (fem) enduzita
• N ye o numero de bueltas d'o bobinato
• dΦ/dt ye a tasa de cambeyo a lo largo d'o tiempo d'o fluxo magnetico Φ.

Si as bueltas u espiras d'o bobinato son orientatas de forma perpendicular a las linias d'o campo magnetico, o fluxo será igual a lo producto d'a fuerza d'o campo magnetico B e l'aria que talla. L'aria ye constant, estando igual a la sezión d'o nuclio magnetico d'o transformador, por tanto lo campo magnetico cambeará con o tiempo d'alcuerdo con a bariazión d'a corrient. O signo negatibo d'a formula, a direzión d'a fuerza electromotriz, la introduzió a lai de Lenz e indica que ye contraria a la causa que creya la fuerza electromotriz.

Continando con o eixemplo d'o esquema, tenemos que a corrient alterna aplicata (U₁) produzirá en o zercuito primario una intensidat que chenerará un fluxo magnetico zarrato (Φ) a traviés d'o nuclio magnetico. A la suya tornata iste fluxo magnetico Φ enduzirá una fuerza electromotriz ε₁ en l'arrulamiento primario

${\mathcal {E}}_{1}=-N_{1}{\frac {\mathrm {d} \Phi }{\mathrm {d} t}}$

e una altra ε₂ en o segundario:

${\mathcal {E}}_{2}=-N_{2}{\frac {\mathrm {d} \Phi }{\mathrm {d} t}}$

Si dividimos as dos expresions anteriors plegaremos a la equación que relaciona as tensions d'entrata y salita con o numero de vueltas d'o primario y d'o segundario:

${\frac {{\mathcal {E}}_{1}}{{\mathcal {E}}_{2}}}={\frac {N_{1}}{N_{2}}}$

Si ${\frac {{\mathcal {E}}_{1}}{{\mathcal {E}}_{2}}}>1$ se tractará d'un transformador que reduce a tensión d'entrata. Si ${\frac {{\mathcal {E}}_{1}}{{\mathcal {E}}_{2}}}<1$ se tractará d'un transformador que aumenta la tensión d'entrata. Podemos tener transformadors que reducen a tensión d'entrata y atros que l'aumentan.

Se veiga tamién

• Electromagnetismo
• Inductor
• Transformador d'impedancia
• Lei de Faraday
• Nuclio magnetico
• Cercuito magnetico