Máquinas rotativas, son aquellas que ya vimos, que transforman el movimiento en electricidad (generadores) o viceversa (motores).
Los motores y los transformadores se denominan como Máquinas
Máquinas estáticas, son aquellas que transforman una energía eléctrica alterna en otra de distintas características, reciben el nombre de transformadores.
Partes de un transformador
El transformador es una máquina estática (sin partes móviles) de corriente alterna que transforma una señal alterna en otra señal alterna de distinta tensión o intensidad.
Se emplea de forma generalizada en los sistemas eléctricos por su reversibilidad (permite elevar y reducir la tensión) y por su alto rendimiento.
Su utilización permite el uso de Alta Tensión para el transporte de energía eléctrica a grandes distancias con pérdidas de energía reducidas y su posterior conversión a Bajas Tensiones para poder ser utilizada por los consumidores.
Está constituido por:
Núcleo de láminas de material ferromagnético, sirve para acoplar (conectar) magnéticamente el primario y el secundario
Devanados (primario y secundario), son bobinas de cobre o aluminio cubiertas de un barniz aislante que se arrollan sobre el núcleo. En estos se genera o recibe el flujo que atraviesa el núcleo.
Principio de funcionamiento de un transformador ideal - En vacío
Con el secundario abierto, al aplicar tensión al primario, aparece una intensidad senoidal de vacío I0, generando un flujo magnético en el núcleo que atraviesa a las dos bobinas. Al cruzar el flujo la bobina de primario provoca una fem de valor:
En el secundario también se genera una fem E2 (fem es fuerza electro motriz), cumpliéndose que:
Este término se conoce con el nombre de relación de transformación , y es una de las características más importantes de un transformador. A E1 se le denomina fuerza contraelectromotriz (fcem) por oponerse a V1.
En carga
Al conectar una carga al secundario, se produce en el mismo una corriente I2 como consecuencia de la fem E2. Según la ley de Lenz, la corriente I2 tiende a debilitar el flujo que circula por el núcleo, disminuyendo la fcem E1 (fcem es la fuerza contra electro motriz) y aumentando I1 hasta que se restablezca el flujo total que circula por el núcleo a su valor inicial, es decir, el flujo resultante en el núcleo continua siendo el mismo que con el transformador en vacío y depende exclusivamente de la tensión V1 aplicada al primario.
Se cumple que:
O sea, las intensidades que circulan por los devanados son inversamente proporcionales al número de espiras de los mismos.
Transformador ideal en carga
Se comprueba que en un transformador ideal la potencia transferida al secundario es igual a la entregada al primario, es decir:
Principio de funcionamiento de un transformador real - En vacío
- Dispersión del flujo en los devanados primario y secundario. Estas pérdidas tienen un valor equivalente a las provocadas por dos reactancias inductivas Xd1 y Xd2 en serie con los devanados.
- Resistencia de los devanados, que provocan pérdidas por efecto Joule y caídas de tensión. Equivalen a dos resistencias en serie con el circuito.
- Pérdidas en el hierro, son debidas a pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas o de Foulcault. Provocan pérdidas de potencia que se suman a las de Joule.
En carga
Tipos de transformadores
- Húmedo: enfriado en aceite.
- Seco: enfriado por la acción del aire.
- Elevador: aumenta el voltaje.
- Reductor: disminuye el voltaje.
- Aislamiento: mantiene el voltaje y aísla eléctricamente los circuitos.
Por clase
- Aislamiento: mantiene el voltaje y aísla eléctricamente los circuitos.
- Alimentación: proporciona las tensiones necesarias para que funcione un dispositivo.
- Pulsos: se encarga de transmitir impulsos sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs,…
- Flyback o de línea: se trata de un caso concreto de transformador de pulsos.
- Con diodo dividido: es un tipo de transformador de línea que posee un diodo rectificador que permite proporcionar tensión continua.
- Variable: conocido también como «variac», proporciona una tensión de salida variable ajustable.
- Impedancia: es usado para adaptar antenas y líneas de transmisión como teléfonos, por ejemplo.
Para qué sirve
Algunos ejemplos
En un transformador ideal en carga las intensidades que circulan por los devanados son inversamente proporcionales al número de espiras de los mismos
Se comprueba que en un transformador ideal la potencia transferida al secundario es igual a la entregada al primario
El transformador real presenta una serie de pérdidas que podemos resumir en:
Dispersión del flujo en los devanados primario y secundario.
Resistencia de los devanados, que provocan pérdidas por efecto Joule y caídas de tensión.
Pérdidas en el hierro
En un trasformador real, la tensión producida en el secundario disminuye al aumentar la carga
El ensayo de vacío de un transformador sirve para determinar:
La relación de transformación (m)
La corriente de vacío (I0)
Las pérdidas en el hierro (PFe)
El ensayo de cortocircuito de un transformador sirve para determinar:
Las pérdidas en el cobre (PCu)
La tensión de cortocircuito porcentual (Ucc)
Los parámetros Rcc, Xcc y Zcc
El rendimiento de una máquina es la relación existente entre la potencia aprovechada por la máquina y la potencia total que se le entrega
