Principios de funcionamiento de un transformador

El principio de funcionamiento es el siguiente para un transformador monofásico, siendo válido para un transformador trifásico, constituido prácticamente por tres transformadores trifásicos montados en un núcleo común y aunque se representan los bobinados primario y secundario en distinta columna magnética es válido para la disposición en la misma columna.

Supongamos que la bobina P (bobina primaria) es alimentada con una tensión E_p (tensión primaria). Esta tensión primaria produce una corriente I_p (corriente primaria).

Al atravesar esta corriente I_p las espiras N_p de dicha bobina crea una fuerza electromotriz que origina un flujo en el núcleo magnético f.

Sobre este núcleo magnético, a su vez, está arrollada la bobina S (bobina secundaria) que será atravesada por dicho flujo. Este flujo que es alternativo (igual que la corriente I_p), al atravesar la bobina S induce en ella una fuerza electromotriz E_s que a su vez produce una corriente I_s .

Así pues, vemos que sin ningún contacto se ha producido una corriente I_s en la bobina S , que además, como es lógico, están relacionadas con las tensiones que los han producido, cuyos valores son:

E_p = 4,44 * F * N_p * B * 10^-8 Voltios    y     E_s = 4,44 * F * N_s * B * 10^-8 Voltios

donde:

• E_p = Fuerza electromotriz de la bobina P (V).
• E_s = Fuerza electromotriz de la bobina S (V).
• N_p = Número de espiras del devanado primario.
• N_s = Número de espiras del devanado secundario.
• B = Flujo magnético que atraviesa el núcleo (Wb).
• F = Frecuencia de la corriente (Hz).

Si dividimos las dos ecuaciones anteriores, miembro a miembro, obtenemos:

E_p/E_s = N_p/N_s = r_t

que nos dicen que las tensiones de los devanados primario y secundario son proporcionales a los números de espiras, denominando estas relaciones como "relación de transformación". Si la relación es mayor que la unidad se dice que el transformador es reductor de tensión (E₁ > E₂), y si la relación es menor que la unidad se dice que el transformador es elevador de tensión (E₁ < E₂).

• Transformadores elevadores (N_p < N_s)
• Transformadores reductores (N_p > N_s)

El Transformador es una máquina de rendimiento muy elevado, y suponiendo que este fuese del 100% (sin pérdidas) ocurrirá que la potencia del devanado primario seria igual a la del devanado secundario, teniendo:

P_p = E_p * I_p * cos j

P_s = E_s * I_s * cos j

Suponiendo P_p = P_s.

Si igualamos y tenemos en cuenta que cos j del primario es aproximadamente igual a cos j del secundario, tendremos:

E_p/E_s = I_p/I_s = rtc

Esta igualdad será tanto más cierta cuanto mayor sea la carga y nos dice que las tensiones de los devanados de un transformador son inversamente proporcionales a la intensidad y éstas a los números de espiras. A esta relación se le denomina "relación de transformación de carga" (rtc).