TRANSFORMADORES CFC II El transformador es un dispositivo eléctrico que se utiliza para transferir energía eléctrica de un circuito a otro mediante la inducción electromagnética. Se compone principalmente de dos bobinas, una llamada primaria y otra secundaria, que están acopladas magnéticamente a través de un núcleo de hierro. El transformador se encarga de modificar el nivel de voltaje de la corriente eléctrica, aumentándolo o disminuyéndolo según sea necesario para su aplicación específica. En la bobina primaria se aplica una corriente eléctrica alterna, la cual genera un campo magnético que es transferido al núcleo y, posteriormente, a la bobina secundaria. Este campo magnético induce una corriente eléctrica en la bobina secundaria, lo que permite obtener una tensión eléctrica de salida con un nivel de voltaje diferente al de la entrada. Transformador reductor Menor devanado en el secundario Disminuye la tensión Aumenta la corriente Transformador elevador Mayor devanado en el secundario Aumenta la tensión Disminuye la corriente APLICACIÓN Desde una central eléctrica se emite una gran cantidad de voltaje, aproximadamente de 12000 Volts, pero las casas necesitan un voltaje mucho menor de alrededor de 240 Volts, dado que la central está lejos, debe pasar por un gran número de torres de tensión y cables de larga distancia, lo cual provocara una gran pérdida de energía. Por ello, se utilizan transformadores durante su trayectoria. A la salida de central se coloca un transformador elevador (1) que aumenta la tensión de 12.000 voltios a 400.000 voltios, luego al llegar a la ciudad se instala un transformador reductor (2) para bajar la tensión a aproximadamente 11.000 voltios para la distribución local y por ultimo otro transformador reductor (3) en los postes para reducirlo a 240 voltios para el hogar. Características del transformador La frecuencia de energía de entrada y salida es la misma. Todos se rigen por las leyes de la inducción electromagnética. Las bobinas primarias y secundarias no cuentan con conexión eléctrica (excepto por los transformadores automáticos). La transferencia de energía se lleva a cabo por el flujo magnético. Las partes móviles no son requeridas para transferir energía, por lo que no existe fricción o pérdidas en el devanado como en otros dispositivos eléctricos. PERDIDA DE ENERGÍA La pérdida de energía en un cable depende de la corriente eléctrica y la resistencia del cable, por ejemplo: Si se trata de llevar 10 KW por un cable con una resistencia de 5Ω a 240V, se perdería alrededor del 80%, ya que lleva un bajo voltaje y una alta corriente por lo que las pérdidas son muy grandes. 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 10.000 𝑊 = 41,67 𝐴 240 𝑉 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = (41,67 𝐴)2 ∙ 5Ω = 8680,56 𝑊 En cambio, si se lleva la misma potencia de 10KW a un voltaje de 400 KV por el mismo cable de resistencia de 5Ω, se pierde solo una pequeña parte aproximadamente de 1% porque la tensión es alta, pero la corriente es baja. 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 10.000 𝑊 = 0,025 𝐴 400.000 𝑉 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = (0,025 𝐴)2 ∙ 5Ω = 0,003 𝑊 VOLTAJES ¿Cómo se origina el voltaje? Cualquier cambio del entorno magnético en que se encuentra una bobina de cable, originará un "voltaje" (una fem inducida en la bobina). No importa cómo se produzca el cambio, el voltaje será generado en la bobina. El cambio se puede producir por un cambio en la intensidad del campo magnético, el movimiento de un imán entrando y saliendo del interior de la bobina, moviendo la bobina hacia dentro o hacia fuera de un campo magnético, girando la bobina dentro de un campo magnético, etc. Voltaje Máximo La tensión máxima, VP, es una forma de onda de tensión que se mide desde el eje horizontal (en la marca de referencia de 0 alturas) hasta la parte superior de la forma de onda, llamada cresta de la forma de onda. El valor de voltaje máximo se alcanza únicamente durante una fracción ínfima de tiempo. Voltaje promedio El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es: 𝑉𝑝𝑟 = 𝑉𝑃𝑖𝑐𝑜 ∙ 0.636. Voltaje RMS También llamado el cuadrado medio de la raíz (también llamado el voltaje eficaz), es un método de denotar una forma de onda senoidal de voltaje (forma de onda de CA) como un voltaje equivalente que representa el valor de voltaje DC que producirá el mismo efecto de calentamiento o disipación de potencia en el circuito, como esta tensión de CA. En otras palabras, la forma de onda es una forma de onda AC, pero el valor RMS permite que esta forma de onda se especifique como DC, porque es la tensión DC equivalente que entrega la misma cantidad de energía a una carga en un circuito como la señal AC hace sobre su ciclo. Las formas de onda AC y DC pueden representar formas de onda de tensión o de corriente, pero están en diferentes formas. Las formas de onda de la CA fluctúan entre el voltaje positivo y negativo en ciclos. El voltaje de CC es apenas voltaje unidireccional constante que no tiene ciclos. Debido a esta diferencia, es muy difícil comparar los dos. Aquí es donde el valor RMS es importante. Nos da un estándar para comparar la cantidad de energía que una forma de onda de CA y una forma de onda de CC pueden dar a un circuito. El voltaje RMS es el valor equivalente de DC de una forma de onda de CA de modo que podemos comparar la disipación de potencia con las formas de onda de potencia de CA y CC. Si tenemos una forma de onda RMS de una señal de CA y es el mismo valor que una forma de onda de CC, entonces sabemos que ambas formas de onda emiten o disipan la misma cantidad de potencia en un circuito. La razón por la que el voltaje RMS también se llama voltaje efectivo es porque es tan efectivo como el voltaje DC equivalente al suministrar energía a un elemento (es igualmente efectivo). Dado que el voltaje RMS es el voltaje equivalente DC, el voltaje RMS es igual de efectivo (como el voltaje DC) al suministrar energía a un elemento o carga en un circuito. Ejemplos del Voltaje RMS Tenemos un circuito con una carga que queremos disipar no más de 0,5 vatios de energía de. Esta es la potencia máxima constante que esta carga puede manejar. Si estamos utilizando una fuente de alimentación de 10 voltios DC, entonces la corriente máxima que puede pasar por este circuito sería 50mA, porque la potencia = corriente x voltios. Por lo tanto, 10V x 50mA = 0,5W. Ahora vamos a decir, queremos cambiar con el trabajo de un circuito de CC a trabajar con un circuito de CA. Si una tensión de CA tiene un valor de RMS que es equivalente a la tensión de CC que usamos anteriormente, sabemos que este voltaje de CA funcionará para este circuito sin exceder los límites de potencia. Sabemos que podemos usar la tensión RMS de 10V para operar en este circuito. Si usamos una tensión RMS de 10V, entonces el voltaje máximo que podemos usar en este circuito es de aproximadamente 14.1V. Así funciona el voltaje RMS. Nos permite trabajar con modelos de circuitos de CC, y podemos encontrar la tensión CA apropiada que causa la misma disipación de calor o de energía a través de una carga, como lo haría el voltaje de CC. Ejemplo voltajes en la vida real Un buen ejemplo es el voltaje de una toma de CA. Probablemente esté familiarizado y sepa que el 120V sale del tomacorriente de CA, tal como uno que encontraría en su casa o en cualquier edificio en los Estados Unidos. ¿Pero usted no sabe probablemente qué tipo de voltaje éste es? Y la respuesta es, es el voltaje RMS. El 120V es el voltaje RMS. Y el voltaje máximo para esto es realmente 170V. Por lo tanto, el pico de este voltaje es en realidad mucho más grande que 120V. Y si lo miras de pico a pico, entonces el voltaje de una toma de CA es en realidad 340V de pico a pico. Voltaje de rizado El voltaje de rizado es la variación de voltaje que se produce en la salida de una fuente de alimentación de corriente continua (DC) debido a fluctuaciones residuales en el voltaje de la fuente de alimentación. Estas fluctuaciones se producen porque la fuente de alimentación no puede proporcionar un voltaje de DC completamente constante, sino que tiene pequeñas oscilaciones o "ondulaciones" superpuestas al voltaje de DC. El voltaje de rizado en una fuente de alimentación de corriente continua (DC) puede tener varios efectos negativos en el rendimiento de un circuito electrónico. Algunos de los efectos más comunes incluyen: Problemas en la regulación de voltaje: El voltaje de rizado puede provocar fluctuaciones en el voltaje de salida de la fuente de alimentación, lo que puede dificultar la tarea de mantener un voltaje de salida constante y bien regulado. Esto puede afectar negativamente el funcionamiento de los componentes electrónicos, especialmente aquellos que requieren un voltaje de alimentación estable y preciso. Ruido en las señales: El voltaje de rizado puede provocar fluctuaciones en la señal de alimentación de los componentes electrónicos, lo que puede generar ruido en las señales de salida del circuito. Esto puede afectar negativamente el rendimiento de los circuitos que requieren señales limpias y sin ruido. Sobrecalentamiento de componentes: El voltaje de rizado puede provocar fluctuaciones en la corriente de alimentación de los componentes electrónicos, lo que puede provocar un aumento de la temperatura de algunos componentes. Si estas fluctuaciones son lo suficientemente grandes, pueden provocar un sobrecalentamiento de los componentes, lo que puede afectar negativamente su vida útil y rendimiento. Pérdida de eficiencia: El voltaje de rizado puede provocar fluctuaciones en la energía entregada a los componentes electrónicos, lo que puede disminuir la eficiencia energética del circuito. Esto puede provocar un aumento del consumo de energía y, en algunos casos, puede provocar daños a los componentes. En resumen, el voltaje de rizado puede tener varios efectos negativos en el rendimiento de un circuito electrónico, y por esta razón es importante reducirlo a niveles aceptables mediante el uso de técnicas de filtrado adecuadas. TIPOS DE TRANSFORMADORES Transformador simple Un transformador simple, también conocido como transformador de dos devanados, tiene dos terminales y utiliza dos bobinas acopladas magnéticamente para transformar la tensión o la corriente de entrada en una tensión o corriente de salida diferente. Este tipo de transformador es ampliamente utilizado en aplicaciones de baja y media potencia. Transformador de punto medio Un transformador de punto medio, también conocido como transformador de toma central, tiene una toma central en el devanado secundario, lo que permite obtener dos tensiones de salida iguales y opuestas con respecto al punto medio. Este tipo de transformador se utiliza a menudo en aplicaciones de alta potencia, como fuentes de alimentación de conmutación y amplificadores de audio. Comparación En general, los transformadores de punto medio tienen algunas ventajas sobre los transformadores simples, como una mejor eficiencia y una mejor capacidad para manejar altas corrientes y tensiones. Sin embargo, también son más complejos y costosos de fabricar, por lo que es posible que un transformador simple sea más adecuado para aplicaciones de baja y media potencia.