hasta ahora, hemos observado simulaciones de transformadores donde los devanados primarios y secundarios eran de inductancia idéntica, dando niveles de voltaje y corriente aproximadamente iguales en ambos circuitos. Sin embargo, la igualdad de voltaje y corriente entre los lados primario y secundario de un transformador no es la norma para todos los transformadores.,

si las inductancias de los dos devanados no son iguales, sucede algo interesante:

freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Primary winding freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Secondary winding 

observe cómo el voltaje secundario es aproximadamente diez veces menor que el voltaje primario (0.9962 voltios en comparación con 10 voltios), mientras que la corriente secundaria es aproximadamente diez veces mayor (0.9962 mA en comparación con 0.09975 mA).,

Lo que tenemos aquí es un dispositivo que los pasos que el voltaje por un factor de diez y corriente hasta por un factor de diez:

relación de Vueltas de 10:1 rendimientos de 10:1 primaria: tensión secundaria y relación de 1:10 primaria: secundaria relación actual.

¿qué son los transformadores Step-up y Step-down?

Este es un dispositivo muy útil, de hecho. Con él, podemos multiplicar o dividir fácilmente el voltaje y la corriente en circuitos de CA., De hecho, el transformador ha hecho de la transmisión de energía eléctrica a larga distancia una realidad práctica, ya que la tensión de CA puede «incrementarse» y la corriente «disminuirse» para reducir las pérdidas de potencia de resistencia del cable a lo largo de las líneas eléctricas que conectan las estaciones generadoras con las cargas.

en ambos extremos (tanto en el generador como en las cargas), los niveles de tensión se reducen mediante transformadores para un funcionamiento más seguro y equipos menos costosos.

Un transformador que aumenta el voltaje de primario a secundario (más vueltas de bobinado secundarias que vueltas de bobinado primario) se llama transformador de aumento.,

por el contrario, un transformador diseñado para hacer exactamente lo contrario se llama transformador reductor.

volvamos a examinar una fotografía que se muestra en la sección anterior:

la sección transversal del transformador que muestra devanados primarios y secundarios es de unas pocas pulgadas de alto (aproximadamente 10 cm).

Este es un transformador reductor, como lo demuestra el alto recuento de giros del devanado primario y el bajo recuento de giros del secundario., Como unidad reductora, este transformador convierte la energía de alto voltaje y baja corriente en energía de bajo voltaje y alta corriente.

el cable de mayor calibre utilizado en el devanado secundario es necesario debido al aumento de la corriente. El devanado primario, que no tiene que conducir tanta corriente, puede estar hecho de alambre de menor calibre.,

reversibilidad del funcionamiento del transformador

en caso de que se lo pregunte, es posible operar cualquiera de estos tipos de transformadores hacia atrás (alimentar el devanado secundario con una fuente de CA y dejar que el devanado primario alimente una carga) para realizar la función opuesta: un step-up puede funcionar como un step-down y viceversa.,

sin embargo, como vimos en la primera sección de este capítulo, el funcionamiento eficiente de un transformador requiere que las inductancias de devanado individuales se diseñen para rangos de operación específicos de voltaje y corriente, por lo que si un transformador se va a usar «hacia atrás» de esta manera, debe emplearse dentro de los parámetros de diseño originales de voltaje y corriente para cada devanado, para que no resulte ineficiente (o para que no se dañe por un voltaje o corriente excesivos!).,

etiquetas de construcción de transformadores

Los transformadores a menudo se construyen de tal manera que no es obvio qué cables conducen al devanado primario y cuáles conducen al secundario. Una convención utilizada en la industria de la energía eléctrica para ayudar a aliviar la confusión es el uso de designaciones» H «para el devanado de mayor voltaje (el devanado primario en una unidad reductora; el devanado secundario en un escalón) y designaciones» X » para el devanado de menor voltaje.

Por lo tanto, un transformador de potencia simple tendrá cables Etiquetados «H1», «H2», «X1» y «X2»., Por lo general, es significativo para la numeración de los cables (H1 versus H2, etc.), que exploraremos un poco más adelante en este capítulo.

significado práctico de los transformadores elevadores y reductores

el hecho de que el voltaje y la corriente se «escalonen» en direcciones opuestas (una hacia arriba, la otra hacia abajo) tiene perfecto sentido cuando recuerda que la potencia es igual a la tensión por la corriente, y se da cuenta de que los transformadores no pueden producir energía, solo la convierten.,

cualquier dispositivo que pudiera producir más potencia de la que recibía violaría la Ley de Conservación de energía en la física, es decir, que la energía no puede ser creada o destruida, solo convertida. Al igual que con el primer ejemplo de transformador que vimos, la eficiencia de transferencia de potencia es muy buena desde los lados primario a secundario del dispositivo.

la importancia práctica de esto se hace más evidente cuando se considera una alternativa: antes de la llegada de Transformadores eficientes, la conversión de nivel de voltaje/corriente solo se podía lograr mediante el uso de grupos electrógenos/motores.,

Un dibujo de un motor/generador revela el principio básico que participan: (Figura de abajo)

=

Motor generador ilustra el principio básico del transformador.

en tal máquina, un motor está acoplado mecánicamente a un generador, el generador diseñado para producir los niveles deseados de voltaje y corriente a la velocidad de rotación del motor.,

mientras que tanto los motores como los generadores son dispositivos bastante eficientes, el uso de ambos de esta manera agrava sus ineficiencias de modo que la eficiencia general está en el rango del 90% o menos. Además, debido a que los grupos electrógenos/motores obviamente requieren piezas móviles, el desgaste mecánico y el equilibrio son factores que influyen tanto en la vida útil como en el rendimiento.

Los transformadores, por otro lado, son capaces de convertir niveles de tensión y corriente alterna a muy altas eficiencias sin partes móviles, haciendo posible la distribución generalizada y el uso de la energía eléctrica que damos por sentado.,

para ser justos, cabe señalar que los grupos electrógenos no han sido necesariamente obsoletos por los transformadores para todas las aplicaciones.

mientras que los transformadores son claramente superiores a los grupos electrógenos / motores para la conversión de voltaje de CA y nivel de corriente, no pueden convertir una frecuencia de alimentación de CA a otra, o (por sí mismos) convertir CC a CA o viceversa.

Los grupos electrógenos pueden hacer todas estas cosas con relativa simplicidad, aunque con las limitaciones de eficiencia y factores mecánicos ya descritos.,

Los grupos electrógenos / motores también tienen la propiedad única de almacenamiento de energía cinética: es decir, si la fuente de alimentación del motor se interrumpe momentáneamente por cualquier razón, su Momento angular (La inercia de esa masa giratoria) mantendrá la rotación del generador durante un corto período de tiempo, aislando así cualquier carga alimentada por el generador de «fallas» en el sistema de energía principal.

análisis de la operación del transformador ascendente y descendente

observando de cerca los números en el análisis de especias, debemos ver una correspondencia entre la relación del transformador y las dos inductancias., Observe cómo el inductor primario (l1) tiene 100 veces más inductancia que el inductor secundario (10000 H frente a 100 H), y que la relación de reducción de voltaje medida fue de 10 a 1.

el devanado con más inductancia tendrá un voltaje más alto y menos corriente que el otro.

dado que los dos inductores se enrollan alrededor del mismo material del núcleo en el transformador (para el acoplamiento magnético más eficiente entre los dos), los parámetros que afectan a la inductancia para las dos bobinas son iguales, excepto por el número de vueltas en cada bobina.,

si echamos otro vistazo a nuestra fórmula de inductancia, vemos que la inductancia es proporcional al cuadrado del número de vueltas de la bobina:

por lo tanto, debe ser evidente que nuestros dos inductores en el último circuito de ejemplo de transformador de especias—con relaciones de inductancia de 100:1—deben tener relaciones de vuelta de la bobina de 10:1, porque 10 al cuadrado es igual a 100.,

esto resulta ser la misma relación que encontramos entre tensiones y corrientes primarias y secundarias (10:1), por lo que podemos decir como regla que la relación de transformación de tensión y corriente es igual a la relación de vueltas de bobinado entre primaria y secundaria.

transformador reductor: (muchas vueltas :par de vueltas).,

el efecto step-up/step-down de las relaciones de giro de la bobina en un transformador es análogo a las relaciones de dientes de engranaje en sistemas de engranajes mecánicos, transformando los valores de velocidad y par de manera muy similar:

el tren de engranajes reductores de par reduce el par y aumenta la velocidad.

Los transformadores elevadores y reductores para fines de distribución de energía pueden ser gigantescos en proporción a los transformadores de potencia mostrados anteriormente, algunas unidades de pie tan alto como un hogar., La siguiente fotografía muestra un transformador de subestación de unos doce pies de altura:

transformador de subestación.

revisión:

• Transformadores» step up «o» step down » voltaje de acuerdo con las relaciones de vueltas de cable primario a secundario.

• Un transformador diseñado para aumentar el voltaje de primaria a secundaria se llama un paso transformador., Un transformador diseñado para reducir el voltaje de primario a secundario se llama transformador reductor.
• La relación de transformación de un transformador será igual a la raíz cuadrada de su relación de inductancia primaria a secundaria (L).

hojas de Trabajo relacionadas:

• Hoja de trabajo de transformadores de paso, paso y aislamiento