Transformador

Un transformador es un componente pasivo que transfiere energía eléctrica de un circuito eléctrico a otro circuito, o múltiples circuitos . Una corriente variable en cualquier bobina del transformador produce un flujo magnético variable en el núcleo del transformador, lo que induce una fuerza electromotriz variable en cualquier otra bobina enrollada alrededor del mismo núcleo. La energía eléctrica se puede transferir entre bobinas separadas sin una conexión metálica (conductora) entre los dos circuitos. La ley de inducción de Faraday , descubierta en 1831, describe el efecto de voltaje inducido en cualquier bobina debido a un flujo magnético cambiante rodeado por la bobina.

Los transformadores se utilizan para aumentar o disminuir los voltajes de CA en aplicaciones de energía eléctrica, tales transformadores se denominan tipo elevador para aumentar el voltaje y tipo reductor para disminuir el voltaje; Los transformadores también se utilizan para acoplar etapas de circuitos de procesamiento de señales. Desde la invención del primer transformador de potencial constante en 1885, los transformadores se han vuelto esenciales para la transmisión , distribución y utilización de energía eléctrica de corriente alterna. ^[2] Se encuentra una amplia gama de diseños de transformadores en aplicaciones de energía eléctrica y electrónica. Los transformadores varían en tamaño desde RFtransformadores de menos de un centímetro cúbico de volumen, hasta unidades que pesan cientos de toneladas utilizadas para interconectar la red eléctrica .

${\displaystyle V_{\text{P}}=-N_{\text{P}}{\frac {\mathrm {d} \Phi }{\mathrm {d} t}}}$. . . (ecuación 1) ^{[a] [3]}

${\displaystyle V_{\text{S}}=-N_{\text{S}}{\frac {\mathrm {d} \Phi }{\mathrm {d} t}}}$. . . (ecuación 2)

Donde es el voltaje instantáneo , es el número de vueltas en un devanado, dΦ/dt es la derivada del flujo magnético Φ a través de una vuelta del devanado en el tiempo ( t ), y los subíndices _P y _S denotan primario y secundario.${\ estilo de visualización V}$ ${\ estilo de visualización N}$

Relación de vueltas . . . (ecuación 3)${\displaystyle ={\frac {V_{\text{P}}}{V_{\text{S}}}}={\frac {N_{\text{P}}}{N_{\text{S} }}}=a}$

Transformador de distribución montado en poste con devanado secundario con derivación central que se utiliza para proporcionar energía de " fase dividida " para servicios residenciales y comerciales ligeros, que en América del Norte normalmente tiene una clasificación de 120/240 V. ^[1]

Transformador ideal conectado con la fuente V _P en el primario y la impedancia de carga Z _L en el secundario, donde 0 < Z _L < ∞.

Transformador ideal y ley de inducción ^[d]

Flujo de fuga de un transformador.

Circuito equivalente de transformador real

Transformador de medida, con punto de polaridad y marcas X1 en el terminal lateral de BT

Condición de sobreexcitación del transformador de potencia causada por disminución de la frecuencia; flujo (verde), características magnéticas del núcleo de hierro (rojo) y corriente de magnetización (azul).

Forma del núcleo = tipo de núcleo; forma de concha = tipo de concha

Transformador de núcleo laminado que muestra el borde de las laminaciones en la parte superior de la foto

Laminaciones de transformadores EI intercaladas que muestran el espacio de aire y las rutas de flujo

La laminación del núcleo reduce en gran medida las pérdidas por corrientes de Foucault

Pequeño transformador de núcleo toroidal

Los devanados generalmente están dispuestos concéntricamente para minimizar la fuga de flujo.

Vista de corte a través de los devanados del transformador. Leyenda:
Blanco : Aire, líquido u otro medio aislante
Espiral verde : Acero al silicio de grano orientado
Negro : Devanado primario
Rojo : Devanado secundario

Vista en corte de un transformador sumergido en líquido. El conservador (depósito) en la parte superior proporciona aislamiento de líquido a la atmósfera a medida que cambia el nivel del refrigerante y la temperatura. Las paredes y las aletas proporcionan la disipación de calor necesaria.

Transformador de subestación en pruebas.

Una subestación eléctrica en Melbourne , Australia , que muestra tres de los cinco transformadores de 220 kV a 66 kV, cada uno con una capacidad de 150 MVA

Transformador camuflado en la ciudad de Langley

Transformador en la estación generadora de piedra caliza en Manitoba , Canadá

Esquema de un gran transformador de potencia lleno de aceite 1. Tanque 2. Tapa 3. Tanque conservador 4. Indicador de nivel de aceite 5. Relé Buchholz para detectar burbujas de gas después de una falla interna 6. Tuberías 7. Cambiador de tomas 8. Motor de accionamiento para cambiador de tomas 9. Eje impulsor para cambiador de tomas 10. Bushing de alto voltaje (HV) 11. Bushing de transformadores de corriente de alto voltaje 12. Bushing de bajo voltaje (LV) 13. Transformadores de corriente de bajo voltaje 14. Bushing transformador de voltaje para medición 15. Núcleo 16. Yugo del núcleo 17. Los miembros conectan los yugos y los sostienen 18. Bobinas 19. Cableado interno entre las bobinas y el cambiador de tomas 20. Válvula de liberación de aceite 21. Válvula de vacío

Experimento de Faraday con inducción entre bobinas de alambre ^[53]

Bobina de inducción, 1900, Bremerhaven, Alemania

Transformador de anillo de Faraday

Transformador de forma de carcasa. Boceto utilizado por Uppenborn para describir las patentes y los primeros artículos de los ingenieros de ZBD de 1885. ^[62]

Forma de núcleo, frente; forma de concha, espalda. Primeros especímenes de transformadores de potencial constante de alta eficiencia diseñados por ZBD fabricados en la fábrica de Ganz en 1885.

El equipo de ZBD estaba formado por Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy y Miksa Déri

Diseño de Stanley de 1886 para bobinas de inducción de núcleo abierto con espacio ajustable

Placas en forma de "E" para núcleos de transformadores desarrolladas por Westinghouse