Transformador

Un transformador eléctrico es una máquina estática de corriente alterna que sirve para transformar la corriente eléctrica variando alguna cualidad de la misma, generalmente el voltaje o la intensidad pero, manteniendo frecuencia y potencia, adaptando la electricidad a las condiciones deseadas.

Un transformador eléctrico está formado por:

• El núcleo: es la parte formada por chapas de acero aisladas, a través de él, circula el campo electromagnético.
• El devanado: está formado por hilos de cobre o aluminio enrollados, en forma de bobinas, a través del núcleo. Este se compone de dos bobinas: una primaria por donde entra la corriente y una secundaria por donde sale la corriente.
• Los aislantes: son los elementos que actúan de separadores entre las diferentes partes del transformador (devanados), debido a que cada uno de ellos tiene una tensión diferente. Se acostumbra a utilizar una capa de papel impregnado en aceite mineral para aislar el núcleo de los devanados y los devanados entre sí.
• El envolvente: se refiere a la estructura que conforma el exterior del transformador y, a su vez, protege su interior de elementos externos.
• Unidad de control y sensórica: se trata de un elemento disponible en los transformadores con mayor dotación tecnológica, que permite recopilar datos acerca del funcionamiento de la red y del propio transformador, así como el control digital del propio dispositivo.

Para cambiar el voltaje, el transformador utiliza la inducción electromagnética, cambiando el voltaje al aumentar o reducir el número de vueltas en la bobina de salida. Cuando una corriente alterna fluye a través de una de las bobinas (primaria), se crea un campo magnético variable que induce una corriente en la otra bobina (secundaria).

La mayoría de los transformadores son de potencia, cambiando la tensión, pero manteniendo la intensidad. Puede haber transformadores elevadores (que aumentan el voltaje) y reductores (que lo disminuyen).

La relación entre el número de espiras en la bobina primaria y el número de espiras en la secundaria determina si el transformador aumenta (eleva) o disminuye (reduce) la tensión. Si existen más espiras en la bobina secundaria, la tensión aumenta. En cambio, si existen menos bobinas, disminuye. Un transformador elevador puede convertirse en reductor y viceversa al conectarse al revés.

Aunque en la teoría los transformadores son ideales, es decir, sin pérdidas, en la vida real siempre hay pequeñas pérdidas por las llamadas corrientes de Foucault, son corrientes eléctricas que se producen en conductores cuando hay un campo magnético variable, entre otras causas.

¿Para qué sirve un transformador eléctrico?

Los transformadores eléctricos se utilizan para manipular la tensión de la electricidad y adaptarla a nuestras necesidades. Por ejemplo, sirve para crear líneas de alta tensión para transportar la energía, minimizando así las pérdidas a grandes distancias por el efecto Joule. Sin el transformador, se perdería mucha energía debido a la elevada longitud del cable conductor.

Sin embargo, esta energía obtenida no puede ser utilizada directamente. Por ello, se necesita otro transformador para reducir la tensión y que pueda suministrarse a los hogares e industrias. Se suele transformar primero a media tensión para el transporte local y finalmente a baja tensión para utilizarse en el hogar.

Por último, pero no menos importante, mencionar que la mayoría de los aparatos que se utilizan en la vida cotidiana funcionan con una tensión inferior a la que se obtiene de la toma de corriente. Casi todos los electrodomésticos incorporan en sus cables, o en su interior, transformadores de corriente, que les permiten funcionar, aunque la corriente de alimentación sea superior a sus requerimientos.

Tipos de transformadores eléctricos

Ahora que sabes qué es un transformador eléctrico y para qué sirve, es importante que conozcas las distintas clases que existen. Cada una está diseñada para usos muy concretos, lo que hace que presente características particulares:

• Transformador elevador/reductor de tensión: Se usan en las redes de transmisión de energía eléctrica para aumentar o disminuir la tensión, que no debe confundirse con la tensión nominal, facilitando el transporte eficiente de electricidad y adaptándola a niveles adecuados para el consumo.
• Transformador de corriente: Utilizados en sistemas de alta tensión para proporcionar corrientes reducidas y aisladas, permitiendo su uso en equipos de medición, control y protección.
• Autotransformador: Tiene un único devanado que actúa como primario y secundario, con tomas intermedias para obtener diferentes tensiones.
• Transformador de aislamiento: Facilita aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, ofreciendo una alimentación o señal ‘flotante’. Suele tener una relación 1:1 entre las tensiones del primario y secundario.
• Transformador de pulsos: Diseñado para transferir impulsos eléctricos de corta duración con alta fidelidad, lo que hace que sea muy utilizado en sistemas de control y telecomunicaciones.
• Transformador de línea o Flyback: Se utiliza en televisores y monitores CRT para generar alta tensión y controlar la deflexión horizontal del haz electrónico.
• Transformador toroidal: Su núcleo en forma de toroide ofrece bajas pérdidas y mínima interferencia electromagnética, por lo que es muy usado equipos de audio de alta fidelidad.
• Transformador variable (Variac): Permite ajustar de forma continua la tensión de salida mediante un contacto deslizante sobre el devanado, por eso es útil en aplicaciones de laboratorio y pruebas.
• Transformador de impedancia: Se usa para adaptar impedancias entre diferentes circuitos, mejorando así la transferencia de potencia y reduciendo posibles reflejos de señal.
• Transformador de medida: Incluye transformadores de corriente y de potencial, que se usan para medir magnitudes eléctricas en sistemas de alta tensión garantizando seguridad y precisión.

Funcionamiento de los transformadores eléctricos

El principio de funcionamiento de un transformador eléctrico se basa en la ley de Faraday-Lenz de la inducción electromagnética, que dice que un campo magnético variable en el tiempo induce una corriente eléctrica en un circuito conductor.

El campo magnético generado en el devanado principal del transformador eléctrico varía en el tiempo debido a la corriente alterna presente en él. Este campo magnético induce un campo eléctrico en el devanado secundario que, a su vez, induce una corriente eléctrica en él.

Aunque pueda parecer complicado, resulta sencillo de comprender, pues estos dispositivos funcionan basándose en principios de electromagnetismo y permiten transferir energía eléctrica entre circuitos a través de un campo magnético.

Supongamos que tenemos dos bobinas de alambre, llamadas devanados, enrolladas alrededor de un núcleo de material ferromagnético. Al aplicar una corriente alterna al devanado primario, esta genera un flujo magnético alrededor del núcleo que induce corriente al devanado secundario, pero con una tensión diferente. El campo magnético inducido en el núcleo magnético hace que se produzca una corriente en el devanado secundario, cuyo valor está relacionado directamente con el número de vueltas de cada bobinado y la frecuencia de la corriente. Esto permite aumentar o disminuir el voltaje de la corriente eléctrica, lo que facilita su transporte eficiente a largas distancias sin perder mucha energía.