Transformadores Electricos.

GENERALIDADES DE LOS TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS

Voltaje o tensión es la medida de la fuerza con la que fluyen los electrones a través de un material conductor apropiado, preferiblemente metálico, como son el alambre de cobre o el de aluminio y su unidad de medida es el volt (V). Cuando la tensión de la corriente es alterna (C.A.), el valor del voltaje procedente de cualquier fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.), se puede aumentar o disminuir utilizando transformadores eléctricos de fuerza o potencia, conocidos también popularmente por su acrónimo “TRAFO”.

Existe una gran variedad de transformadores de fuerza o potencia monofásicos, para diferentes tensiones y capacidades de trabajo. En la combinación fotográfica se muestran algunos tipos diferentes de transformadores: 1.- Transformador de fuerza de media para baja tensión colocado en un poste en la calle, con capacidad para soportar miles de watt de carga eléctrica. 2.- Transformador para soldadura por arco eléctrico. 3.- Transformador regulable con varios voltajes de salida de corriente directa (C.D.). 4 y 6.- Adaptadores de tensión C.A. a C.D. 5 y 7.- Transformadores utilizados como fuente de fuerza o potencia destinados a suministrar energía eléctrica a los circuitos de diferentes dispositivos y equipos electrónicos.

Los transformadores, independientemente que pueden aumentar o disminuir el voltaje, según sea el caso, tienen la propiedad de conservar siempre la misma frecuencia que posee la corriente alterna (C.A.) de la fuente de entrada original a la que se encuentra conectado. En el caso de los transformadores destinados al uso industrial, comercial o doméstico, la frecuencia de la corriente alterna será siempre de 50 ó de 60 Hz (hertz o ciclos por segundo), cuestión ésta que dependerá exclusivamente de cuál sea la adoptada por cada país en particular.

Cuando el trasformador se emplea para rebajar el voltaje o tensión aplicado a su entrada se denomina “reductor de tensión”. En el caso de los transformadores que funcionan a la inversa, o sea, convirtiendo una tensión de voltaje bajo en otro voltaje de valor más alto, se denominan “elevadores de tensión”, lo cual depende del número de vueltas o espiras que posean sus devanados o enrollados.

La figura muestra el esquema simbólico de dos. transformadores eléctricos. El de la izquierda, como se. puede apreciar, posee mayor número de vueltas o espiras. en el enrollado primario o de entrada “E” y menos en el. enrollado secundario o de salida “S”, lo cual lo caracteriza. como un transformador “reductor de tensión”, pues cuando. aplicamos determinado voltaje o tensión en la entrada “E”. se obtiene otro más reducido en la salida “S”.. Contrariamente,.el transformador de la derecha muestra un. devanado o enrollado con menor número de vueltas en la. entrada y mayor número de vueltas a la salida. Por tanto,. cuando aplicamos un voltaje de determinado valor en la. entrada, se obtiene otro voltaje mucho más alto en la. salida.
 

Existen transformadores de muy diversos tamaños y diseños concebidos para trabajar con tensiones y potencias diferentes, que permiten cubrir variadas necesidades cuando le conectamos equipos eléctricos y electrónicos de consumos diferentes en watts (W).

Comúnmente los transformadores de tamaño más pequeño son todos monofásicos y se caracterizan por trabajar con bajo o muy bajo voltaje. Estos transformadores tienen múltiples usos como, por ejemplo, suministrar corriente eléctrica a diferentes equipos eléctricos industriales y domésticos. Se pueden encontrar también transformadores monofásicos todavía más pequeños destinados al funcionamiento de infinidad de equipos y dispositivos electrónicos que utilizamos a diario. Algunos de ellos, además de emplearse para reducir la tensión o voltaje, pueden convertir también la corriente alterna (C.A.) de entrada en corriente directa (C.D.) a la salida, después de ser rectificada por medio de diodos semiconductores de silicio.

Diagrama de un Transformador Monofasico.

CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Transformador eléctrico monofásico de núcleo cerrado de acero al silicio, donde se muestran dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo, protegido con barniz aislante. Uno de esos corresponde al “enrollado primario” o de ENTRADA de la corriente alterna y el otro al “enrollado secundario” o de SALIDA de la propia corriente, una vez que el valor de la tensión ha sido aumentado o disminuido, de acuerdo con el tipo de transformador que se utilice, decir, si es “reductor de tensión” o si, por el contrario, es “elevador de tensión”.

Pequeño transformador reductor de voltaje sin la cubierta plástica de protección. Se pueden apreciar las espiras de alambre de cobre desnudo de uno de sus devanados o enrollados. El alambre de cobre utilizado, tanto en el. enrollado primario como en el secundario, se encuentra protegido por una capa de barniz aislante para evitar que se produzcan cortos circuitos entre las espiras.

 

Desde el punto de vista constructivo la mayoría de los transformadores eléctricos, independientemente de su tamaño, poseen como mínimo dos devanados o enrollados de alambre de cobre desnudo protegido por una fina capa de barniz aislante. El grosor o diámetro del alambre utilizado para cada enrollado dependerá del flujo máximo de corriente eléctrica en amperes (A) que debe soportar el transformador sin llegar a quemarse cuando le conectamos una resistencia, carga o consumidor eléctrico, de acuerdo con el cálculo que previamente realizó el fabricante cuando determinó su capacidad de trabajo. Ambos enrollados van colocados alrededor de un núcleo de acero al silicio que forma parte del cuerpo del transformador.

En la mayoría de los transformadores, el devanado que posee mayor número de vueltas generalmente corresponde al “enrollado primario” o de entrada “E” de la corriente que se va a transformar y corresponde al voltaje más alto. El devanado que posee menor número de vueltas es el “enrollado secundario” o de salida “S” de la corriente eléctrica ya transformada o modificada y corresponde al voltaje más bajo. En este caso el transformador trabajará como "reductor de tensión".

En algunos transformadores los dos enrollados se encuentran situados uno junto al otro por separado, pero en la mayoría de los casos después que se ha colocado el primer enrollado alrededor del núcleo, se coloca el segundo encima de éste, manteniendo independientes las correspondientes conexiones exteriores de entrada y salida de la corriente eléctrica.

Transformador eléctrico monofásico donde se muestran sus_ dos enrollados. Como se observa, ambos enrollados_ se.encuentran separados uno del otro, pero formando_ parte del. mismo núcleo de acero al silicio. En el- enrollado primario o de entrada “E” se conecta la fuente. de suministro de. tensión de corriente alterna, mientras- que en el enrollado secundario o de salida “S” se conecta- la carga, en este. caso una resistencia (R).

La carga o consumidor de energía eléctrica se conecta siempre al transformador en el circuito correspondiente al enrollado secundario o de salida “S”, ya sea éste reductor o elevador de tensión . La longitud y grosor del alambre de cobre del enrollado primario y secundario que utiliza, lo calcula el fabricante para que su salida “S” pueda entregar la tensión y capacidad que requiere la carga que se le va a conectar, siempre que los watt (W) o kilowatt (kW) de consumo no superen lo admitido. Cuando el consumo en watt o kilowatt de la carga instalada supera la que puede soportar el transformador, en el mejor de los casos se produce una caída de voltaje en el enrollado de salida, mientras que en el peor uno o los dos enrollados se queman si la temperatura que produce la circulación del flujo de la corriente en ampere (A) por dichos enrollados supera los límites de seguridad que permite el barniz aislante del alambre de cobre. En ese caso las espiras del alambre se ponen en corto circuito y el transformador queda inutilizado para continuar prestando servicio, por lo será necesario reponerlo por uno nuevo o sustituir en un taller los enrollados quemados. No obstante, esta última solución resulta a veces más costosa que comprar un transformador nuevo, sobre todo cuando son de pequeño tamaño.


Por otra parte, el principio de funcionamiento de un transformador se basa en la inducción electromagnética que se produce en el enrollado secundario cuando por el primario circula una corriente alterna procedente de cualquier fuente de fuerza electromotriz.

Esta figura muestra el núcleo cerrado de acero al silicio de un. transformador eléctrico, así como las líneas de fuerza (Ø) que lo. recorren cuando el enrollado primario o de entrada “E” se conecta a. una fuente de fuerza electromotriz de corriente alterna. Esas líneas. de fuerza refuerzan el campo magnético que produce el enrollado . primario, induciendo, a su vez, otra corriente eléctrica en el. enrollado secundario. Esa tensión de salida “S” será menor o mayor. dependiendo del tipo de transformador, o sea, si es “reductor” o. “elevador”. El núcleo de acero cerrado provoca el reforzamiento de. las líneas de fuerza magnética que lo recorren, lo que influye en la. reducción del tamaño del transformador y en la disminución de su. peso total.

Existe también otro tipo de transformador de fuerza o potencia monofásico de diferente construcción, que consta de un solo devanado o enrollado colocado en un simple núcleo abierto de acero al silicio. Esta variante se denomina “autotransformador” y su principal característica radica en que a partir de un punto determinado de su único enrollado (generalmente el punto medio) parte una derivación hacia el exterior para conectar la carga o consumidor en unos casos, o la fuente de suministro de corriente en otros, dependiendo si éste actúa como reductor o como elevador de tensión.

En la ilustración superior, la figura (A) representa el esquema de un autotransformador funcionando como “reductor de tensión”. Se puede observar que la entrada “E” de la corriente está conectada a una fuente suministradora de energía eléctrica, fuerza electromotriz (FEM) o corriente alterna de 220 volt, mientras que por la salida “S” se obtiene una corriente transformada de una tensión o voltaje más bajo, también alterno, de 110 volt. La figura (B) representa otro autotransformador en función de “elevador de tensión”. Como se puede apreciar, en su entrada tiene aplicada una tensión de 110 volt, mientras que en la salida se obtiene otra más alta de 220 volt. Por otra parte, en la figura (C) se puede observar también otra variante de autotransformador, cuya característica es la de recibir una tensión o voltaje determinada en el enrollado de entrada “E”, mientras que la salida proporciona varios valores de tensiones reducidas diferentes. Este autotransformador se denomina “variable” y en el caso del ejemplo recibe 220 volt en la entrada, mientras que en la salida se obtienen, indistintamente y por pasos, 6, 12, 36, 110, e incluso los mismos 220 volt aplicados en la entrada. Existe también otra variante de autotransformador con núcleo redondo muy utilizado en laboratorios de electricidad y electrónica, como el que se muestra en la figura (D). Este autotransformador permite variar la posición de un cursor central de forma manual, lo que permite seleccionar diferentes valores de tensión, tanto en orden ascendente como descendente, desde “0” a “220” V o viceversa. Si en la figura del ejemplo se hace girar el cursor en dirección al signo (+) el voltaje o tensión se incrementa hasta un máximo de 220 volt, mientras que en dirección inversa, o sea, girándolo en dirección al signo (–) se obtienen diferentes valores de voltajes en orden descendente a partir de 220 V, hasta llegar a “0”.

 

TRANSFORMADORES DE RADIOFRECUENCIA

Además de los transformadores de fuerza o potencia ya mencionados para uso en corriente alterna de baja frecuencia (50 ó 60 Hz), existen también otros transformadores de pequeño tamaño que trabajan con corrientes de frecuencias muy altas del orden de los miles o millones de hertz (kHz o MHz. Esas corrientes se conocen también como de radiofrecuencia o de frecuencias de radio y en la mayoría de los casos funcionan con milésimas de volt (mV). Es muy común encontrar este tipo de transformador acoplado a la antena de un radiorreceptor para captar las señales que transmiten las emisoras comerciales de radio o de cualquier otro tipo para que a continuación se puedan amplificar y convertir en audibles a través de uno o varios altavoces.

Los transformadores de alta frecuencia, radiofrecuencia o. frecuencias de radio, como su nombre indica, cuando se acoplan a. la antena de un radiorreceptor sirven para captar las ondas de radio. que emiten diferentes estaciones difusora comerciales y no. comerciales destinadas a prestar variados servicios. El dibujo de. la parte superior de la ilustración muestra los enrollados de un. transformador de radiofrecuencia insertados en un núcleo de. ferrita, mientras que en la parte inferior se puede ver también una. foto real de este tipo de transformador instalado en el circuito. correspondiente a la antena en la placa del circuito impreso de un. radiorreceptor

 
A diferencia de los transformadores de fuerza que poseen un núcleo de acero al silicio, los enrollados de los transformadores para uso con corrientes de alta frecuencia se colocan en un núcleo de ferrita, material que se obtiene por pulvimetalurgia (o metalurgia de polvos) sometiéndolo a un proceso de sinterización. La ferrita tiene la propiedad de ofrecer muy buena respuesta a la inducción electromagnética generada por las corrientes de alta frecuencia.