Transformador

Transformador.

Un transformador conectato a lo rete electrico.

Bells transformadors de mida chicota.

Imachen d'un gran transformador.

Un transformador ye una maquina electrica estatica (sin de partis en movimiento) d'inducción electromagnetica que premite convertir as valors de tensión y d'intensidat de corrient suministratos por una fuent de corrient alterna en un u mas sistemas de corrient alterna con valors de tensión y intensidat de corrient diferents pero d'a mesma freqüencia. En resumen, os transformadors son uns aparatos que convierten enerchía electrica d'unas caracteristica en enerchía electrica con atras caracteristica, estando una d'as maquinas electricas mas eficients que existen.

Un transformador gosa estar formato por tres partis:

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

A corrient alterna aplicata a lo primer cercuito, o primario, creya un campo magnetico variable; iste campo magnetico induce una fuerza electromotriz a lo segundo cercuito, o segundario. Entre o cercuito primario y o segundario no bi ha denguna conexión, a enerchía se transmite a traviés d'o fluxo magnetico que se creya adintro d'o nuclio.

O voltache indueito a lo segundario V_S ye proporcional a lo que s'ha aplicato a lo primario V_P seguntes una razón relacionata con o numero de vueltas de filo electrico (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 variación entre as tensions d'entrada y de salita. Ixo implica que fendo una selección adequata d'o numero de vueltas u espiras que composan os bobinatos primario y segundario podremos determinar o voltache que nos proporcionará o segundario.

Os transformadors tienen una gran importancia en a nuestra sociedat, sin d'ellos no se poderba fer o tresporte d'enerchía a grans distancias como las que bi ha entre as centrals electricas productoras d'eletricidat y os consumidors. y, a una atra escala, son imprescindibles ta o funcionamiento d'a mayoría d'os aparatos que funcionan con eletricidat ya que amenistan de voltaches muito mas chicotz que os que plegan por o rete a una casa. Un ordinador u un televisor tienen un transformador ta poder funcionar. Paralelament a la variedat d'utilizacions, domesticas u industrials, bi ha una gran variedat de tipos, formas, midas y prestacions, pueden ir dende os pocos milimetros y pocos gramos de peso dica metros y centenars de toneladas, pero totz os transformadors se basan en os mesmos prencipios de funcionamiento.

Historia

O prencipio sobre o que se fundamenta o funcionamiento 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 y nunca no li dió garra aplicación practica.

En 1876, o incheniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema d'iluminación basato en un conchunto de bobinas d'indución y unas lampas d'a suya invención (Lampa Yablochkov), as bobinas funcionaban como un transformador. Iste sistema tenió prou exito comerzial y s'emplegó en as carreras de París en l'anyo 1881.

Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs desarrolloron entre 1881 y 1884 una maquina que deciban chenerador segundario que no yera atra cosa que un transformador. O primer prototipo utilizaba un nuclio de fierro ubierto que yera poco eficient. 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 cercuito magnetico zarrato, tien poco que invidiar a los disenyos actuals. En 1885 a companyía nordamericana "Westinghouse Electric Corporation" se intresó por os transformadors de Gaulard y 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 companyía Westinghouse, disenyó lo primer transformador comercial en 1886 con un nuclio feito con placas de fierro en forma de y.

En 1885 os incheniers hongaros Zipernowsky, Bláthy y Déri d'a companyia Ganz de Budapest creyoron a partir d'os disenyos de Gaulard y Gibbs un transformador muit eficient 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 inventó a bobina Tesla, un transformador con nuclio d'aire composato por una serie de cercuitos resonants acoplatos que puet chenerar corrients a muit alta tensión y freqüencia. A ideya inicial de Tesla yera aconseguir transmitir a enerchía eletrica sin de condutors, pero d'ista traza la transmisión se feba en totas direccions. Ista mesma ideya ha estato represa en 2006 por un equipe d'investigadors d'o Massachusetts Institute of Technology baixo lo nombre de witricity.

Encara que as nuevas tecnolochías han sustituito a la utilización d'os transformadors en bellas aplicacions electronicas, encara s'emplegan en muitas atras y chugando un papel esencial en o tresporte d'enerchía eletrica, fendo-la posible y economicament rentable. Os transformadors estioron un factor esencial en l'adopción 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 y voltache U₁) aplicato a lo primario N₁ creya un campo magnetico variable, o fluxo magnetico Φ a lo largo d'o cercuito magnetico induce una corrient electrica en l'arrulamiento segundario N₂ d'intensidat I₂ e boltache U₂.

O funcionamiento d'o transformador se basa en dos prencipios:

• una corrient electrica puet producir un campo magnetico
• un campo magnetico que cambeya en un bobinato de filo electrico induce 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 induce una diferencia de potencial electrico.

A imachen d'a dreita representa o esquema d'o funcionamiento 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 recibirá l'aplicación d'una corrient electrica; lo d'a dreita ye o segundario porque ye a lo que s'inducirá una diferencia 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 vueltas u espiras ni con o material d'o nuclio

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

La lei d'a indución

O voltache indueito puet estar calculato con a lai de Faraday, que estableixe que

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

á on

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

Si as vueltas 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 y l'aria que talla. L'aria ye constant, estando igual a la sección d'o nuclio magnetico d'o transformador, por tanto lo campo magnetico cambeará con o tiempo d'alcuerdo con a variación d'a corrient. O signo negativo d'a formula, a dirección d'a fuerza electromotriz, la introdució a lei de Lenz y 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) producirá en o cercuito primario una intensidat que chenerará un fluxo magnetico zarrato (Φ) a traviés d'o nuclio magnetico. A la suya tornata iste fluxo magnetico Φ inducirá una fuerza electromotriz ε₁ en l'arrulamiento primario

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

y 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