Transformadores de aislamiento y autotransformadores para profesionales de la electricidad

Transformadores de aislamiento

Un transformador es un dispositivo que transfiere la energía eléctrica de un circuito a otro sin cambiar la frecuencia. Contiene un devanado primario y otro secundario en los que el devanado primario está conectado al circuito principal y el secundario a un circuito de carga necesario. Un transformador de aislamiento se define como los devanados primario y secundario del transformador separados entre sí.

Las potencias de entrada y salida de un transformador están acopladas magnéticamente, ya que el diseño del transformador se realiza utilizando una barrera de aislamiento dieléctrica. Un transformador de aislamiento aísla la carga en un sistema eléctrico para evitar que el equipo reciba picos y armónicos de la red eléctrica, como se muestra en la figura. Este tipo de transformador también se conoce como transformador de aislamiento.

Un transformador de aislamiento con blindaje electrostático se utiliza para equipos sensibles, como ordenadores e instrumentos de laboratorio. La relación de giro determina si el transformador se utiliza: para elevar o reducir la tensión o para mantenerla invariable. Este transformador puede utilizarse en diferentes aplicaciones, como herramientas eléctricas portátiles y tracción eléctrica, etc.

La clasificación de los transformadores de aislamiento depende de la disposición de los devanados, la construcción y el tipo de corriente alterna de que se trate.

Clasificación en función de la disposición de los devanados

• Algunos transformadores capaces de producir una tensión de salida idéntica a la de entrada se conocen como transformadores de aislamiento 1:1.
• Un transformador elevador produce una tensión de salida mayor que su tensión de entrada.
• Un transformador reductor produce una salida menor que su entrada.

Transformador elevador: Este tipo de transformador tiene más número de espiras en el devanado secundario y menos en el primario, de modo que la tensión es mayor en el secundario que en el primario, como se muestra en la figura. El número de espiras en ambos devanados se decide en función de los requisitos de la aplicación. Los transformadores elevadores se utilizan como reforzadores de las líneas de transmisión de energía.

Transformador reductor: Este tipo de transformador reduce la tensión de alimentación de la red a valores demasiado bajos en función de las necesidades de la carga. En un transformador reductor, el devanado primario está formado por un mayor número de vueltas en comparación con el devanado secundario.

La relación entre las corrientes, las tensiones y las espiras está en las ecuaciones de relación de transformación que se dan a continuación.

Relación de transformación de la tensión = Vueltas secundarias/vueltas primarias
Relación de transformación de la corriente = Vueltas primarias / Vueltas secundarias

Clasificación basada en la naturaleza de la fuente de alimentación

Un transformador de aislamiento puede fabricarse para funcionar con suministros de CA monofásicos y trifásicos.

Transformador monofásico: Está fabricado para funcionar con una alimentación de CA monofásica y se utiliza sobre todo para aplicaciones de baja potencia como la iluminación residencial, el aire acondicionado y la calefacción, etc. El transformador monofásico puede conectarse en serie o en paralelo en función de las necesidades de la carga.

Un transformador monofásico consta de dos devanados sobre un núcleo de hierro común. Si uno de los devanados se conecta a una tensión alterna, se establece un campo magnético alternativo en el núcleo de hierro. Este campo acoplado al devanado secundario produce un EMF en él. Como resultado, este CEM impulsa el paso de la corriente al circuito de carga.

Transformador trifásico: Este transformador está diseñado y construido para tensiones específicas, especialmente para tensiones más altas. El transformador trifásico tiene tres tipos de devanados, ya que tanto el primario como el secundario se incluyen como tres fases.

Estos devanados pueden conectarse en forma de estrella o delta. La combinación de los devanados primario y secundario puede ser delta- delta, estrella-delta, estrella-oye y delta-oye. Este tipo de configuración depende de la aplicación; por ejemplo, en la parte de distribución se utilizan transformadores de conexión delta-estrella.

Autotransformadores

Un autotransformador consta de un solo devanado, y parte de él actúa como devanado secundario. Es más pequeño, más ligero y más barato que el transformador de doble devanado, y también posee menor reactancia de fuga, mayor eficiencia, buena calidad de la energía y menos requisitos de cobre.

Aunque es ventajoso sobre el convencional, no proporciona ningún aislamiento eléctrico a la carga de la red, y es más propenso a los fallos. Este tipo de transformador puede utilizarse para aumentar o reducir la tensión conectando los devanados en varias configuraciones.

Los autotransformadores se utilizan en la transmisión y distribución de energía, en los ferrocarriles y en aplicaciones de audio. La relación de vueltas de un transformador reductor es menor que '1', y la relación de vueltas de un transformador elevador es siempre mayor que '1'.

Autotransformador elevador: Este tipo de autotransformador en el que la tensión de la fuente se conecta al devanado principal y la carga se conecta a través de la parte del devanado principal se llama autotransformador elevador.

Autotransformador reductor: Este tipo de autotransformador en el que la tensión de la fuente se aplica a la parte del devanado principal, y la carga se conecta a todo el devanado principal, como se muestra en la figura.

Autotransformador variable

Un autotransformador variable también se conoce como variac, en el que la conexión del secundario a través de una escobilla deslizante permite hacer variar la tensión en un rango determinado. Este tipo de transformador es un control de la tensión alterna que proporciona una tensión alterna variable a los distintos circuitos. Los transformadores variac pueden aumentar la tensión de salida, que es superior y doble a la de entrada.

Este autotransformador está equipado con muchas derivaciones y conmutadores automáticos que le permiten actuar como reguladores automáticos de tensión. Las principales características del autotransformador variable son su alto rendimiento, su bajo aumento de temperatura y su capacidad de sobrecarga de corta duración.

Después de revisar la información anterior, se pueden comparar fácilmente estos dos transformadores. A continuación se exponen algunas de las diferencias que surgen tras compararlos.

1. En un transformador de aislamiento, la entrada está aislada de la salida, mientras que en un autotransformador no hay aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida.

2. Un transformador de aislamiento consta de bobinas primarias y secundarias enrolladas en un núcleo de hierro, mientras que un autotransformador consta de una bobina que actúa a la vez como bobina primaria y secundaria.

3. Debido al mayor número de devanados, los transformadores de aislamiento requieren más cobre, por lo que su peso es significativamente alto, mientras que los autotransformadores requieren menos devanados y un núcleo pequeño, por lo que son más ligeros y menos costosos para la misma potencia de los transformadores de aislamiento.

4. Si se produce alguna sobretensión en el devanado primario del transformador de aislamiento, éste sostiene a la carga, pero el autotransformador mantiene las salidas a un nivel determinado, independientemente de las fluctuaciones de entrada.

5. La regulación de baja tensión se produce en los transformadores de aislamiento debido a grandes oscilaciones de tensión, mientras que la regulación de alta tensión se produce en un autotransformador debido a oscilaciones de tensión más pequeñas.

Esto es todo sobre los transformadores. Esperamos que después de leer este artículo hayas obtenido algunas ideas y conceptos valiosos. Además, te animamos a que compartas tus conocimientos sobre este tema en particular o sobre proyectos eléctricos y electrónicos, ya que eso se convertiría en una propuesta de valor para nosotros. Sin embargo, para obtener más detalles, sugerencias y comentarios, puedes comentarlo en la sección de comentarios de abajo.

Créditos de las fotos