Componentes y Funcionamiento de un Transformador Eléctrico

Etapas de un Transformador Eléctrico

Primera Etapa: Transformación

Esta etapa consiste en un transformador que modifica la corriente alterna de entrada, generando otra corriente alterna de distinto valor, pero con la misma frecuencia.

Segunda Etapa: Rectificación

Esta etapa comprende un circuito rectificador que convierte la corriente alterna en corriente variable en el tiempo, con una sola polaridad. Existen dos tipos de circuitos rectificadores:

• Rectificadores de media onda: Eliminan los semiciclos negativos de la corriente alterna.
• Rectificadores de onda completa: Convierten los semiciclos negativos en positivos.

En ambos casos, la corriente resultante tiene todos sus ciclos con la misma polaridad.

Tercera y Cuarta Etapa: Filtrado y Regulación

Estas etapas incluyen un filtro y un regulador de tensión. Ambos se encargan de transformar la tensión variable que sale del rectificador en una tensión constante y continua.

Componentes de un Transformador

Un transformador es una máquina eléctrica estática que puede aumentar o reducir la tensión eléctrica alterna sin modificar la frecuencia. Está compuesto por:

• Núcleo de hierro: En forma de marco, sobre el que se enrollan dos bobinas.
• Bobina de entrada (primaria): Recibe la corriente alterna de entrada.
• Bobina de salida (secundaria): Genera la corriente alterna de salida.

El núcleo no es macizo, sino que está formado por chapas de acero aisladas entre sí para reducir las pérdidas energéticas. La relación entre el número de vueltas de la bobina primaria (N1) y el número de vueltas de la bobina secundaria (N2) determina la relación entre la tensión de entrada (V1) y la tensión de salida (V2), según la fórmula:

m = N1 / N2 = V1 / V2

Donde "m" es un valor adimensional que representa la relación de transformación entre las tensiones del primario y del secundario. Despreciando las pérdidas energéticas, la potencia que se entrega al transformador es igual a la potencia que se obtiene a la salida.

Funcionamiento del Transformador

Según Michael Faraday, cuando un conductor es atravesado por un campo magnético variable en el tiempo, aparece en él una corriente eléctrica proporcional al campo magnético. Según Oersted, cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, se genera a su alrededor un campo magnético proporcional a la intensidad eléctrica.

Al aplicar una tensión alterna en el primario, circula una corriente alterna por la bobina, generando un campo magnético alterno, ya que la intensidad también lo es. Este campo magnético, al ser alterno, es variable en el tiempo y circula por el núcleo de hierro, atravesando la bobina secundaria. Como este campo magnético es variable, según Michael Faraday, induce una corriente eléctrica en la bobina secundaria que sale al exterior.

Rectificador de Onda Completa con Puente de Graetz

Durante el semiciclo positivo, los diodos D2 y D3 están en polarización directa (PD), mientras que D1 y D4 están en polarización inversa (PI). Durante el semiciclo negativo, D2 y D3 están en PI y D1 y D4 en PD. Se observa que en ambos semiciclos la corriente por la carga (RL) tiene el mismo sentido, por lo que la tensión siempre tendrá la misma polaridad.

• Tensión media por la carga RL: Vmed = 2 * (Vmax - 2Vd) / 3.14
• Intensidad media por la carga RL: IRL = VCC / RL = 2 * (Vmax - 2Vd) / (3.14 * RL)

La intensidad media que circula por los diodos es la mitad de la que circula por la carga, ya que en cada semiciclo funcionan un par de diodos. La tensión máxima de PI en los diodos es la máxima de la onda, considerando el bobinado completo.

Filtro con Condensador

Este tipo de filtro se implementa conectando un condensador de gran capacidad en paralelo con la salida del rectificador. El intervalo de 0 a T1 carece de interés, ya que es el instante en el que el condensador se carga inicialmente. De T1 a T2, la tensión del rectificador disminuye rápidamente y el condensador tiende a descargarse a través de RL. Por lo tanto, en los extremos de RL, la tensión disminuye más lentamente y es casi constante.

En T2, la tensión del rectificador y la del condensador se igualan, y de T2 a T3, el condensador se carga de nuevo, recuperando la carga perdida al proporcionar intensidad a RL en el instante anterior. A partir de T3, el ciclo se repite. Con este filtro, se reducen las variaciones de tensión entre dos valores, debido a las sucesivas cargas y descargas del condensador.