Principio de funcionamiento del transformador.

Los devanados primario y secundario y el núcleo magnético del transformador están dispuestos uno respecto del otro. El devanado primario está conectado al suministro de CA y hace que se produzca un flujo magnético alterno en el núcleo magnético (es decir, la amplitud del caudal cambia con el tiempo).

Están presentes los tres factores necesarios para producir un voltaje inducido: conductores, flujo y movimiento relativo. El funcionamiento del transformador se basa en el principio de la inducción mutuaes decir, la corriente variable en el devanado primario produce el flujo variable en ambos devanados, provocando una FEM inversa en el devanado primario y un voltaje inducido en el devanado secundario, que en realidad es igual a la fem inducida.

Se muestra un pequeño transformador i Figura 1(a) y el símbolo de circuito estándar para un transformador monofásico con núcleo de hierro se muestra i Figura 1(b). Tenga en cuenta que los dos devanados generalmente se enrollan por separado y se colocan uno al lado del otro.

Figura 1 Transformador y símbolo de dibujo.

Sin condiciones de carga

En condiciones sin carga, la tensión de alimentación se aplica al devanado primario altamente inductivo. La corriente continua haría que fluya más corriente y el transformador probablemente se quemaría en muy poco tiempo. Sin embargo, la corriente alterna produce un voltaje autoinducido V₁^'ligeramente más bajo que el voltaje aplicado y opuesto al voltaje aplicado.

Las únicas pérdidas necesarias para producir el campo magnético y la corriente son a través de la resistencia del devanado primario.

El vacío o excitación actual generalmente muy pequeño en comparación con la corriente de carga total. En muchos casos, la corriente de excitación puede ser tan baja como 1-3% de la corriente de carga total.

La corriente de excitación provoca el establecimiento de un flujo alterno, llamado "flujo mutuo", en el núcleo que conecta los devanados primario y secundario, como se muestra en la figura. Figura 2. El flujo mutuo induce un voltaje en el devanado secundario: el voltaje secundario V₂^'— pero no puede fluir corriente hasta que se conecta una carga.

Figura 2 Transformador de descarga

La corriente de excitación se puede descomponer en dos componentes rectangulares llamados componentes de energía y magnetización, como se muestra en el diagrama de fase de un transformador de descarga en imagen 3.

Circuitos paralelos Utilizar el tensión como un fasor de referencia y circuitos en serie Utilizar el correr, porque el fasor de referencia es en todos los casos común a todos los componentes del circuito. En los transformadores, el flujo mutuo producido por el componente de magnetización es común a ambos devanados y se usa como fasor de referencia cuando se dibujan diagramas fasoriales para transformadores.

imagen 3 Diagrama fasorial del transformador de vacío

el es relaciones de fase mostrado yo imagen 3. El flujo Φ se representa como un fasor de referencia y el componente de magnetización de la corriente de excitación está en fase con él. Φ y yo_metro representan la parte puramente inductiva del circuito y, por lo tanto, se retrasarán 90 ° E del voltaje aplicado V₁.

Esto significa que, con el flujo como fasor de referencia, el voltaje se acercará al flujo en 90°E. La componente energética de la corriente. yo_mi lo que muestra que las pérdidas en el circuito de hierro y las pequeñas pérdidas en el cobre son resistivas y estarán representadas por un fasor en fase con el voltaje.

A vatímetro conectado en el circuito primario mostraría que la potencia se utiliza para cubrir estas pérdidas. Suma de fasores de yo_metro y yo_mi aplicar una corriente de vacío yo₀. El gran ángulo (quizás cerca de 90°) entre V₁ y yo₀ muestra un factor de potencia muy bajo para un transformador descargado.

Voltaje autoinducido V₁^' en el devanado primario, ya que se opone al voltaje aplicado, está desfasado 180°E con V₁.

Condiciones de carga

Cuando se aplica una carga a los terminales secundarios, la corriente secundaria yo₂ flujo y su magnitud y relación de fase con el voltaje terminal secundario V₂ determinado por el tipo de carga.

La ley de Lenz nos dice que la dirección de esta corriente secundaria es yo₂ siempre se opondría a cualquier cambio en el flujo Φ. yo Figura 4, Oh₁ que es el devanado principal y el comienzo del devanado marcado con un punto sólido '•'.

Figura 4 Transformador de carga

Supongamos que la corriente primaria está en un volumen dado yo₁ que se extiende desde el principio hasta el final del devanado, estableciendo un flujo con polaridad magnética en el sentido de las agujas del reloj alrededor del núcleo de hierro, como se muestra. Este flujo es recíproco a ambas bobinas.

El flujo mutuo crea una corriente de retroalimentación en las dos bobinas, que tiene el efecto de oponerse al establecimiento del flujo mutuo. Esto se puede considerar como un flujo contrarreactivo, pero el efecto general es reducir el flujo mutuo, lo que reduce la tensión autoinducida. V₁^' en el primario y permitiendo que fluya más corriente a través del primario y el secundario.

Todos estos eventos suceden juntos. Cuando se aplica una carga, atrae corriente en el devanado secundario; inducción de flujo desmagnetizante; disminuir el flujo mutuo. El voltaje autoinducido disminuye en el primario; la corriente primaria aumenta; el flujo mutuo vuelve a su valor original. En la práctica, el flujo mutuo en el núcleo de hierro de un transformador permanece en un valor constante para todas las cargas.

Por lo tanto, un aumento en la corriente de carga secundaria conduce a un aumento en la corriente de línea primaria.

El diagrama de fase i Figura 5 muestra la situación general de un transformador bajo carga. A los efectos del diagrama, suponga que la tensión secundaria es igual a la tensión primaria y que la carga conectada es inductiva, de modo que la corriente secundaria yo₂ detrás de la tensión de excitación V₂^' en el ángulo de fase Φ

Figura 5 Diagrama fasorial de un transformador en carga

La corriente equivalente para suministrar esta carga es el valor yo₁^'. Si el transformador fuera 100% eficiente, el valor de la corriente primaria sería la corriente real que fluye a través del transformador desde el suministro. Dado que la corriente de excitación yo₀ ya fluyendo en los devanados primarios para cubrir las pérdidas del núcleo, la corriente primaria total es la suma de las fases de estas dos corrientes (yo₁^' + yo₀).

Suma de fasores de yo₁^' y yo₀ la corriente primaria real emite yo₁fluyendo a un ángulo de fase reducido de Φ₁. Tenga en cuenta que la corriente de excitación se ha aumentado para mayor claridad y las pérdidas de cobre en los devanados se consideran insignificantes.

Valor del voltaje inducido

El valor de la tensión transmitida en un transformador depende de tres factores: la frecuencia, el número de vueltas y el flujo instantáneo máximo.

Siempre que la forma de onda de corriente, y por lo tanto la distribución de flujo, sea sinusoidal, la ecuación de la valor efectivo la tensión inducida viene dada por:

Dado que los núcleos de los transformadores generalmente se diseñan en función de la densidad de flujo permitida, la ecuación anterior se puede expresar como:

Notar: Φ = licenciado en Letras