Conoce los diferentes tipos de transformadores

"TRANSFORMADOR": una de las innovaciones más antiguas de la Ingeniería Eléctrica. Un transformador es un dispositivo eléctrico que puede utilizarse para transferir la energía de un circuito a otro sin contacto físico y sin cambiar sus características, como la frecuencia y la fase. Es un dispositivo esencial en todos los circuitos de la red eléctrica. Se compone principalmente de dos circuitos, a saber, los circuitos primarios y uno o varios circuitos secundarios. Consulta el enlace Todo lo que debes saber sobre los transformadores y su funcionamiento. En esta discusión, tratamos diferentes tipos de transformadores.

Principio de funcionamiento del transformador

El funcionamiento del transformador depende de la ley de inducción electromagnética de Faraday. El fenómeno de inducción mutua entre dos o más devanados es el responsable de la transformación de la potencia.

Según las leyes de Faraday, "la tasa de cambio del enlace de flujo con respecto al tiempo es directamente proporcional al EMF inducido en un conductor o bobina".

E= N dϕ /dt

Donde,

E = CEM inducido

N = el número de vueltas

dϕ = Cambio de flujo

dt = Cambio en el tiempo

Tipos de transformadores

Hay varios tipos de transformadores que se utilizan en el sistema de energía eléctrica para diferentes fines, como en la generación, distribución y transmisión de energía, y en la utilización de la energía eléctrica. Los transformadores se clasifican en función de los niveles de tensión, el medio del núcleo utilizado, la disposición del bobinado, el uso y el lugar de instalación, etc. Aquí tratamos los diferentes tipos de transformadores, como el transformador elevador y el transformador reductor, el transformador de distribución, el transformador de potencial, el transformador de potencia, el transformador de 1 y de 3, el autotransformador, etc.

Tipos de transformadores según los niveles de tensión

Estos son los tipos de transformadores más utilizados en todas las aplicaciones. En función de las relaciones de tensión de los devanados primario y secundario, los transformadores se clasifican en transformadores elevadores y reductores.

Transformador elevador

Como su nombre indica, la tensión del secundario se eleva con una relación respecto a la tensión del primario. Esto se consigue aumentando el número de devanados en el secundario que en el primario, como se muestra en la figura. En una central eléctrica, se utiliza un transformador elevador como transformador de conexión del generador a la red.

Transformador reductor

Se utiliza para reducir el nivel de tensión de menor a mayor en el lado secundario, como se muestra a continuación, por lo que se denomina transformador reductor. El devanado gira más en el lado primario que en el secundario.

En las redes de distribución, el transformador reductor se utiliza habitualmente para convertir la alta tensión de la red en baja tensión que pueda utilizarse para los electrodomésticos.

Tipos de transformadores según el medio del núcleo utilizado

En función del medio colocado entre el devanado primario y el secundario, los transformadores se clasifican en núcleo de aire y núcleo de hierro

Transformador de núcleo de aire

Tanto el devanado primario como el secundario se enrollan en una banda no magnética en la que el enlace de flujo entre los devanados primario y secundario es a través del aire.

En comparación con el núcleo de hierro, la inductancia mutua es menor en el núcleo de aire, es decir, la reluctancia ofrecida al flujo generado es alta en el medio de aire. Pero las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas se eliminan completamente en el transformador de núcleo de aire.

Transformador con núcleo de hierro

Tanto el devanado primario como el secundario están enrollados en un haz de placas de hierro múltiples que proporcionan una trayectoria de enlace perfecta al flujo generado. Ofrece una menor reluctancia al flujo de enlace debido a la propiedad conductora y magnética del hierro. Se trata de transformadores muy utilizados en los que la eficiencia es alta en comparación con el transformador de núcleo de aire.

Tipos de transformadores según la disposición del devanado

A continuación se analizan los transformadores basados en la disposición de los devanados.

Transformador de dos devanados

Los transformadores basados en devanados, como el transformador de dos devanados, incluyen dos devanados separados para cada fase, como el primario y el secundario. Aquí, el devanado primario puede alimentarse a través de la entrada de CA, mientras que el secundario puede conectarse a través de la carga. Estos dos devanados están aislados eléctricamente pero acoplados magnéticamente.

El EMF inducido dentro del devanado secundario se debe al flujo magnético variable que puede provocar la corriente cambiante dentro del devanado primario, lo que también se denomina inducción mutua. Por tanto, la tensión o/p se debe simplemente a la inducción. Esta tensión depende principalmente de la relación de los devanados y puede aumentar o disminuir la tensión de entrada.

AutoTransformador

Los transformadores estándar tienen los devanados primario y secundario colocados en dos direcciones diferentes, pero en los autotransformadores, los devanados primario y secundario están conectados entre sí en serie, tanto física como magnéticamente, como se muestra en la siguiente figura.

En una única bobina común que forma el devanado primario y el secundario en el que la tensión varía según la posición de la toma secundaria en el cuerpo de los devanados de la bobina.

Transformadores basados en el uso

Según la necesidad, se clasifican en transformador de potencia, transformador de distribución, transformador de medida y transformador de protección.

Transformador de potencia

Los transformadores de potencia son de gran tamaño. Son adecuados para aplicaciones de transferencia de energía de alta tensión (superior a 33KV). Se utilizan en estaciones de generación de energía y subestaciones de transmisión. Tiene un alto nivel de aislamiento.

Los diferentes tipos de transformadores de potencia son autotransformadores, polifásicos, de fuga y resonantes.

Transformador de distribución

Para distribuir la energía generada desde la planta de generación de energía a lugares remotos, se utilizan estos transformadores. Básicamente, se utiliza para la distribución de energía eléctrica a baja tensión es inferior a 33KV para fines industriales y 440v-220v para fines domésticos.

• Funciona con una eficiencia baja, del 50 al 70%
• Tamaño reducido
• Fácil instalación
• Bajas pérdidas magnéticas
• No siempre está totalmente cargado

En función de diferentes factores, los tipos de transformadores de distribución se clasifican como ubicación de montaje, tipo de aislamiento, número de fases, clase de tensión y BIL o nivel básico de aislamiento por impulso.

Transformador de medida

Se utiliza para medir magnitudes eléctricas como la tensión, la corriente, la potencia, etc. Se clasifican en transformadores de potencial, transformadores de corriente, etc.

Transformador de potencial

El transformador de potencial también se conoce como transformador de tensión. En este transformador, el devanado primario puede conectarse a través de la línea de alta tensión cuya tensión se va a calcular, y todos los instrumentos utilizados para la medición y los contadores están conectados al devanado secundario del transformador. El objetivo principal de este transformador es disminuir el nivel de tensión hasta un límite seguro, si no es así. En este transformador, el devanado primario está conectado a tierra como punto de seguridad.

Los diferentes tipos de transformadores de potencial son el tipo de bobinado convencional y el tipo de tensión de condensador. En comparación con el tipo de tensión de condensador, el tipo de bobinado convencional es caro debido a la necesidad de los aislamientos.

Transformador de corriente

El transformador de corriente (TC) se utiliza principalmente para medir y también para la seguridad. Una vez que la corriente dentro del circuito es alta para aplicarla directamente al instrumento de medida, este transformador se utiliza principalmente para cambiar la corriente alta en el valor preferido de la corriente necesaria dentro del circuito.

En este transformador, el devanado principal se conecta en serie hacia la alimentación principal, así como a los diferentes instrumentos de medida, como el voltímetro, el amperímetro, la bobina del relé de protección o el vatímetro. Estos transformadores incluyen la relación de corriente, la relación de fase y la precisión para que el medidor se sitúe precisamente en el lado menor. En este transformador, el término relación incluye una enorme importancia en el TC.

Los tipos de transformadores de corriente son de tres tipos: bobinados, toroidales y de barra.

Transformador de corriente bobinado

El devanado primario del transformador puede conectarse en serie físicamente mediante el conductor. En este caso, este conductor transporta la corriente medida dentro del circuito. La magnitud de la corriente secundaria depende principalmente de la relación de vueltas del transformador.

Transformador de corriente toroidal

Este transformador no incluye un devanado primario. En su lugar, la línea que mantiene el flujo de corriente dentro del circuito se enhebra mediante un orificio o ventana dentro de este transformador. Algunos de los transformadores de corriente incluyen un núcleo dividido que se utiliza para abrir, cerrar e instalar & sin separar la red a la que están conectados.

Transformador de corriente de barra

Este transformador utiliza el cable real o barra de la red principal como devanado primario, lo que equivale a una única torsión. Están completamente protegidos de las altas tensiones de la red y generalmente se atornillan hacia el aparato que transporta la corriente.

Transformadores de protección

Este tipo de transformador se utiliza para proteger los componentes. La principal diferencia entre los transformadores de medida y los transformadores de protección es la precisión, es decir, los transformadores de protección deben ser precisos en comparación con los transformadores de medida.

Transformador de medida

Generalmente, un transformador de medida se denomina transformador de aislamiento o transformador de medida. Es un dispositivo eléctrico que se utiliza principalmente para cambiar el nivel de tensión y corriente. El objetivo principal de este transformador es aislar de forma segura el devanado secundario una vez que el devanado primario tiene un suministro de alta tensión y corriente, de forma que los contadores de energía, los relés o los instrumentos de medida se alíen hacia el devanado secundario del transformador, que no se dañará.

Transformadores de fase

A continuación se analizan los transformadores basados en la fase.

Transformador monofásico

Es un dispositivo estacionario y el principio de funcionamiento del transformador monofásico depende principalmente de la ley de Faraday de la Inducción mutua. Con un nivel estable de frecuencia y un nivel de diferencia de tensión, este tipo de transformador transmite la energía de CA utilizando un circuito a otro. Este transformador incluye dos tipos de devanados como el primario y el secundario. La alimentación de CA se suministra al devanado primario, mientras que la carga se conecta al devanado secundario.

Transformador trifásico

Si se utilizan los tres transformadores monofásicos y se acoplan entre sí utilizando sus 3 devanados primarios acoplados entre sí como uno solo. Los 3 devanados secundarios se conectan entre sí como un único devanado secundario. Por tanto, este transformador se denomina transformador trifásico. El suministro trifásico se utiliza principalmente para la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica en las industrias. El montaje de este transformador no es costoso y la conexión de este transformador puede hacerse mediante las conexiones de tipo estrella y delta.

La conexión de dos devanados del transformador puede realizarse mediante diferentes combinaciones como las siguientes.

Devanado primario	Devanado secundario
Estrella (Wye)	Estrella
Delta (malla)	Delta
Estrella	Delta
Delta	Estrella

Las combinaciones mencionadas para los devanados primario y secundario son (Wye)-estrella, Delta (malla) delta, estrella-delta y delta-estrella.

Transformador de carcasa

La estructura de este tipo de transformador es de forma rectangular y el núcleo encierra la parte significativa de los dos devanados, como el primario y el secundario, que están dispuestos dentro de un miembro. La disposición de las bobinas puede hacerse enrollando en forma de disco multicapa, donde las capas de este disco están aisladas entre sí mediante papel.

Transformador tipo Berry

Por lo general, un transformador tipo baya es un transformador de tipo cáscara con núcleo distribuido. Por tanto, la construcción de este transformador es similar a la de los radios de una rueda porque el núcleo magnético es similar a los radios de una rueda. La disposición de estos núcleos tiene forma de rectángulo. En este tipo de transformador, el número de carriles magnéticos del tipo baya es superior a dos que son independientes porque incluye los carriles magnéticos distribuidos.

Para cubrir el transformador, la estructura completa de éste puede sumergirse dentro del aceite del transformador y también se utilizan láminas metálicas que se conectan firmemente. El diseño de los depósitos metálicos puede hacerse especialmente con una chapa de acero de alta calidad que se conecta a la estructura sólida. Después, para el aislamiento, el transformador puede llenarse a través del aceite del transformador. Para evitar fugas, hay que tener especial cuidado.

Transformador refrigerado por aceite y de tipo seco

En la actualidad, hay dos tipos de transformadores que se utilizan principalmente, como el transformador de tipo seco y el de tipo de aceite. El transformador de tipo seco utiliza aire como medio de refrigeración, mientras que el refrigerado por líquido utiliza aceite. Aunque ambos tipos de transformadores tienen resultados finales similares, existen varias diferencias entre ellos, como el mantenimiento, el coste, el ruido, la eficiencia, la reciclabilidad, la ubicación y las capacidades de tensión.

Teniendo en cuenta las variables mencionadas, los transformadores de tipo aceite son la mejor opción. Pero las unidades de aceite básicamente no pueden utilizarse en cualquier condición. El transformador de tipo seco es la mejor opción y, en muchas ocasiones, la necesaria para los procesos comerciales y de interior, ya que son unidades más seguras para utilizar cerca de las personas, así como en las zonas en las que puede haber exposición al fuego.

Tipos de transformadores utilizados en el ámbito de la electrónica

En el ámbito de la electrónica, se utilizan diferentes transformadores pequeños que pueden montarse en la placa de circuito impreso o fijarse en la zona de productos pequeños. A continuación se exponen los transformadores utilizados en el ámbito de la electrónica.

Transformador de impulsos

Un transformador de impulsos está dispuesto en una placa de circuito impreso que genera señales eléctricas con una amplitud estable. Este tipo de transformador se utiliza en varios circuitos digitales donde se requiere la generación del pulso en un entorno aislado. Así, estos transformadores separan el primario, el secundario y asignan los pulsos del primario hacia el circuito secundario, frecuentemente conductores, o puertas lógicas digitales. Los transformadores de impulsos que se construyen adecuadamente deben requerir una capacitancia de dispersión, un aislamiento galvánico adecuado y una pequeña fuga.

Transformador de salida de audio

Este transformador también es aplicable en el campo de la electrónica. Se utiliza sobre todo en las aplicaciones relacionadas con el audio cuando es necesaria la adaptación de la impedancia. Este tipo de transformador se encarga del circuito del amplificador y de las cargas, normalmente un altavoz. Este transformador incluye varias bobinas como el primario y el secundario, separadas o con toma central.

Transformadores según el lugar de uso

Se clasifican en transformadores de interior y de exterior. Los transformadores de interior están cubiertos con un techo adecuado, como en la industria de procesos. Los transformadores de exterior no son más que transformadores de distribución.

Aplicaciones de los tipos de transformadores

Las aplicaciones de los distintos tipos de transformadores son las siguientes

• El transformador de potencia se utiliza para aumentar o disminuir la tensión dentro de una red de distribución de energía.
• El transformador de distribución se utiliza principalmente para reducir la tensión para la distribución a usuarios comerciales y residenciales.
• El transformador de medida se utiliza para reducir la alta tensión y la corriente, y después se puede medir y utilizar cuidadosamente mediante dispositivos convencionales.
• El transformador monofásico se utiliza con frecuencia para suministrar energía a los receptores, a la iluminación residencial y a las necesidades de CA y calefacción.
• Un transformador trifásico se utiliza para conseguir una distribución de energía rentable.
• Los autotransformadores y los de dos devanados se utilizan normalmente para aumentar o disminuir la tensión de las redes como la de transmisión a la de distribución.
• Los transformadores refrigerados por aceite se utilizan en subestaciones eléctricas o en la distribución de energía
• Los transformadores refrigerados por aire proporcionan una técnica económica de corrección de una tensión inferior o superior para que los equipos eléctricos funcionen con eficacia.

Esto es todo sobre los diferentes tipos de transformadores. Esperamos que hayas obtenido algunas ideas y conceptos valiosos de este transformador después de leerlo detenidamente. Además, te animamos a que compartas tus conocimientos sobre este tema en particular o sobre temas de proyectos eléctricos y electrónicos, ya que eso se convertiría en una propuesta de valor para nosotros. Sin embargo, para más detalles, sugerencias y comentarios, puedes comentarlo en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta para ti ¿cuáles son los tipos de transformadores según su uso?