El transformador es un dispositivo eléctrico capaz de transformar el valor de una tensión y corriente alterna, manteniendo la potencia constante. Está compuesto por dos bobinas aisladas eléctricamente entre sí. La bobina de entrada se llama primario y la de salida secundario. Al aplicar una tensión alterna en el primario, dependiendo de la relación de vueltas entre las bobinas, en el secundario obtendremos una tensión mayor, menor o igual a la del primario. Dado que la potencia se mantendrá constante, si la tensión aumenta, la corriente disminuirá. De la misma manera, si la tensión disminuye, la corriente aumentará, siempre en forma proporcional.
Esta relación de vueltas entre las bobinas del primario y del secundario se llama relación de transformación. Matemáticamente, sería el número de vueltas del primario dividido el número de vueltas del secundario. Este valor será igual a la tensión aplicada en el primario dividido la tensión aplicada en el secundario. De la misma manera, este valor será igual a la corriente del secundario dividido la corriente en el primario. Expresado en fórmulas sería:
En donde:
- Np: número de vueltas del bobinado primario
- Ns: número de vueltas del bobinado secundario
- Vp: tensión del primario
- Vs: tensión del secundario
- Ip: corriente del primario
- Is: corriente del secundario
Entrada y salida
Para entender esta relación que existe entre la entrada y salida de un transformador, veamos un ejemplo. Supongamos que tenemos un transformador en el cual el número de vueltas del secundario es 10 veces más grande que la del primario. Si a la entrada del transformador aplicamos una tensión de 220V, con una corriente de 10A, a la salida obtendremos una tensión de 2.200V con una corriente de 1A. A continuación lo expresamos matemáticamente:
Si:
Entonces:
Pero ¿cómo puede ser que, al aplicar una tensión en el primario, aparezca una tensión en el secundario?
¿No estaban eléctricamente aisladas las bobinas? Pues bien, la tensión que aparece en el secundario es una fuerza electromotriz inducida, la cual se debe al efecto de la inducción electromagnética. Este efecto se debe al campo electromagnético variable generado gracias a la circulación de una corriente alterna por una bobina, en este caso particular, por la bobina del primario.
Este es el esquema de un transformador ideal. Para un transformador real, el esquema es más complejo, ya que se deben representar las pérdidas.
Cuando decimos que la potencia se mantiene constante, nos estamos refiriendo a un transformador ideal ya que, en los transformadores reales, existen pérdidas. Estas pérdidas se dan por diferentes motivos, los cuales están relacionados con las características constructivas de los transformadores. Como dijimos antes, el transformador está compuesto básicamente por dos bobinas: primario y secundario. Estas bobinas son realizadas mediante un conductor enrollado sobre un núcleo cerrado, realizado con material ferromagnético. Sobre este núcleo se producen diferentes pérdidas, entre las cuales podemos mencionar a las causadas por la histéresis.
La histéresis magnética es la característica que tienen los materiales ferromagnéticos de mantener el magnetismo luego de aplicar y retirar un campo magnético. Esta “memoria” magnética hace que, al variar el campo electromagnético aplicado, no todas las moléculas se orienten en el nuevo sentido, sino que alguna de ellas intente mantener su posición inicial. Esta variación produce un rozamiento, el cual se traduce en una pérdida de potencia.
Otro tipo de pérdidas en el núcleo se debe a corrientes parásitas (también llamadas corrientes de Foucault). Es necesario considerar que estas corrientes se producen en el material del núcleo ya que, de la misma manera que se genera una corriente inducida en el bobinado secundario, el campo magnético variable aplicado produce una corriente inducida en el material del núcleo del transformador.
Para disminuir este efecto, los núcleos de los transformadores no son de un material macizo, sino que se realizan con láminas de material. Estas láminas se encuentran barnizadas de manera tal que queden eléctricamente aisladas entre sí. Con esto se logra disminuir el efecto de las corrientes parásitas. Pero no solo existen pérdidas en el núcleo del transformador, sino también en los bobinados. Estas son propias de la resistencia presentada por el material conductor.
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