Los dispositivos electromagnéticos estáticos se utilizan para crear y aplicar un campo magnético. Hay muchas razones por las que se necesita un transformador en los circuitos electrónicos, eléctricos y de radio. El dispositivo está equipado con bobinas inductivas interconectadas entre sí en un núcleo magnético. La red eléctrica contribuye al campo alterno, mientras que el transformador utiliza la inducción electromagnética para dar a la corriente un valor constante sin cambiar de frecuencia.
Contenido
Definición y objetivo
Para alimentar los instrumentos, se necesitan tensiones de diferentes características. Un transformador es una construcción para aprovechar el funcionamiento inductivo de un campo magnético. Las bobinas de cinta o de hilo conectadas por una corriente común disminuyen o aumentan la tensión. Un televisor utiliza 5 V para hacer funcionar los transistores y los chips, mientras que para alimentar un cinescopio se necesitan varios kilovoltios si se utiliza un oscilador en cascada.
Los devanados aislados se colocan sobre un núcleo de material magnetizado espontáneamente con un valor de tensión definido. Las unidades más antiguas utilizaban la frecuencia de red existente, alrededor de 60 Hz. Los circuitos de alimentación de los aparatos modernos utilizan transformadores de impulsos de alta frecuencia. La tensión alterna se rectifica y se convierte mediante un oscilador en un valor con parámetros especificados.
La tensión se estabiliza mediante una unidad de control con modulación de ancho de pulso. Las ráfagas de alta frecuencia se transmiten al transformador, la salida es estable. La masividad y pesadez de los dispositivos del pasado se sustituye por la ligereza y el pequeño tamaño. El rendimiento lineal de la unidad es proporcional a la potencia en una relación de 1:4, la frecuencia de la corriente se aumenta para reducir el tamaño de la unidad.
Las unidades masivas se utilizan en los circuitos de alimentación cuando se necesita una disipación mínima de las interferencias de alta frecuencia, por ejemplo, cuando se proporciona un sonido de alta calidad.
Diseño y principio de funcionamiento
El fabricante elige las normas básicas de funcionamiento de la unidad, pero esto no afecta a la fiabilidad del funcionamiento. Los conceptos difieren en el proceso de fabricación. El principio de funcionamiento del transformador se basa en dos afirmaciones:
- el movimiento cambiante de los portadores de carga direccional crea un campo de fuerza magnético alterno;
- El efecto sobre el flujo de fuerza transmitido a través de la bobina genera una fuerza electromotriz y una inducción.
El dispositivo consta de las siguientes partes:
- Alambre magnético (núcleo);
- bobina o devanado;
- un soporte para la disposición de las bobinas;
- material aislante;
- sistema de refrigeración;
- otros elementos de fijación, acceso y protección.
El funcionamiento de un transformador se basa en el tipo de construcción y la combinación de núcleo y devanados. En el tipo de núcleo, el conductor está encerrado en el bobinado y es difícil de ver. Las bobinas son visibles, la parte superior e inferior del núcleo son visibles y el eje es vertical. El material del que está hecha la bobina debe conducir bien la electricidad.
En los productos de tipo blindado, el núcleo oculta la mayor parte de los giros y se coloca en horizontal o a plomo. El diseño del transformador toroidal consiste en colocar dos devanados independientes en el núcleo magnético sin ninguna conexión eléctrica entre ellos.
Sistema magnético
Hecho de acero de transformador aleado, ferrita, permalloy, manteniendo la forma geométrica para generar el campo magnético de la unidad. El conductor se construye con placas, tiras y herraduras y se fabrica en una prensa. La parte sobre la que se coloca el bobinado se llama yugo. El yugo es el elemento sin bobinas que completa el cierre del circuito.
El funcionamiento de un transformador depende de la disposición del yugo, que puede ser
- plana - los ejes del yugo y de los núcleos están en el mismo plano;
- espacial - los elementos longitudinales están dispuestos en diferentes superficies;
- simétrico: los conductores de la misma forma, tamaño y construcción están dispuestos en todas las horquillas de manera similar a las demás;
- asimétrico: los puntales individuales difieren en apariencia, dimensiones y están colocados en diferentes posiciones.
Si se supone que por el devanado, llamado primario, circula una corriente continua, el hilo magnético se hace abierto. En otros casos, el núcleo está cerrado, sirve para cerrar las líneas eléctricas.
Bobinas .
Se fabrican como un conjunto de bobinas dispuestas sobre conductores de sección cuadrada. La forma se utiliza para un funcionamiento eficaz y para aumentar el factor de llenado en la ventana del núcleo magnético. Si se requiere una sección transversal del núcleo más grande, se hace como dos elementos paralelos para reducir la aparición de corrientes parásitas. Cada uno de estos conductores se denomina núcleo.
El núcleo se envuelve en papel y se recubre con barniz de esmalte. A veces, dos núcleos dispuestos en paralelo están envueltos en un aislamiento común, un conjunto llamado cable. Los bobinados se diferencian según su finalidad:
- principal - se alimentan con corriente alterna, sale la corriente eléctrica transformada;
- Los devanados de control - tienen curvas para transformar la tensión a bajas corrientes;
- auxiliares - sirven para alimentar su red con menos de la potencia del transformador y para magnetizar el circuito con corriente continua.
Métodos de envoltura:
- Enrollamiento en hilera: las vueltas se realizan en la dirección del eje a lo largo de toda la longitud del conductor, las vueltas subsiguientes se enrollan firmemente, sin espacios;
- Enrollamiento helicoidal: enrollamiento de varias capas con huecos entre los anillos o superposición de elementos adyacentes;
- Enrollamiento de discos - la fila de espirales se enrolla en serie, el enrollamiento se hace radialmente en la dirección interior y exterior en un círculo;
- la bobina de papel de aluminio y cobre se fabrica con hojas anchas de un grosor que oscila entre 0,1-2 mm.
Símbolos
Hay señales especiales para facilitar la lectura del diagrama del transformador. El núcleo se dibuja con una línea gruesa, el número 1 indica el devanado primario y los devanados secundarios se indican con los números 2 y 3.
En algunos diagramas, la línea del núcleo tiene un grosor similar al del dibujo del semicírculo. La designación del material del núcleo es diferente:
- El núcleo magnético de ferrita se dibuja con una línea gruesa;
- El núcleo de acero con hueco magnético se dibuja con una línea fina con un corte en el centro;
- el eje del dieléctrico magnetizado está marcado con una fina línea de puntos;
- La varilla de cobre se dibuja como una línea estrecha con la notación del material según la tabla de Mendeleev.
Los puntos en negrita se utilizan para resaltar la salida de la bobina, la designación de la inducción instantánea es la misma. Se utiliza para indicar las unidades intermedias en los osciladores en cascada para indicar la inversión de fase. Los puntos se colocan si es necesario establecer la polaridad al ensamblar y el sentido de la disposición del bobinado. El número de vueltas del bobinado primario se define de forma convencional, y el número de semicírculos no está regulado; la proporcionalidad está ahí, pero no se cumple estrictamente.
Las principales características son las siguientes
El funcionamiento en vacío se aplica cuando el secundario del transformador está abierto y no hay tensión en el secundario. La corriente fluye a través del primario y se produce una magnetización reactiva. Con el funcionamiento en vacío se determina el rendimiento, la relación de transformación y las pérdidas en el núcleo.
El funcionamiento en carga implica la conexión de la fuente de alimentación al circuito primario, por donde circula la totalidad de las corrientes de funcionamiento y en vacío. La carga se conecta al secundario del transformador. Este modo es común.
La fase de cortocircuito se produce si la resistencia de la bobina secundaria es la única carga. En este modo se determinan las pérdidas por calentamiento de la bobina en el circuito. Los parámetros de los transformadores se tienen en cuenta en el sistema de sustitución de la instrumentación mediante el ajuste de la resistencia.
La relación entre la potencia de entrada y la de salida determina el rendimiento del transformador.
Aplicaciones
Los electrodomésticos tienen contacto con la tierra a través del conductor neutro. Un circuito de fase y neutro tocado simultáneamente por un consumidor provoca un fallo de bucle y lesiones personales. La conexión a través de un transformador de aislamiento permite mantener la seguridad de las personas, ya que el devanado secundario no tiene contacto con la tierra.
Las unidades pulsadas se utilizan cuando se transmiten choques rectangulares y se transforman señales cortas en carga. La salida cambia la polaridad y la amplitud de la corriente, pero la tensión no cambia.
El equipo de medición de CC es un amplificador magnético. El cambio de la tensión alterna se ve favorecido por el movimiento direccional de los electrones de pequeña potencia. Un rectificador suministra energía constante y depende de los valores de la electricidad entrante.
Las unidades de potencia se utilizan ampliamente en generadores de corriente pequeños, generadores de potencia y generadores de corriente medianos en motores diesel. Los transformadores se montan en serie con la carga, el aparato se conecta a la fuente con el devanado primario, el circuito secundario suministra la energía transformada. El valor de la corriente de salida es directamente proporcional a la carga. Si el generador es trifásico, se utilizan equipos con 3 barras magnéticas.
Las unidades inversoras tienen transistores de la misma conductividad y sólo amplifican una parte de la señal en la salida. Para la conversión completa de la tensión, se aplica un impulso a ambos transistores.
Los equipos de adaptación se utilizan para conectar a dispositivos electrónicos con alta resistencia a la entrada y a la salida de una carga con un flujo de potencia bajo. Las unidades son útiles en las líneas de alta frecuencia, donde una diferencia de magnitud provoca una pérdida de potencia.
Tipos de transformadores
Los valores nominales de la corriente primaria y secundaria determinan la clasificación de los transformadores. En los tipos comunes el valor está en el rango de 1-5 A.
Una unidad de separación no proporciona ninguna conexión entre las dos bobinas. El equipo proporciona un aislamiento galvánico, es decir, la transmisión del impulso sin contacto. Sin ella, la corriente que circula entre los circuitos está limitada únicamente por la resistencia, que no se tiene en cuenta debido a su pequeño valor.
El transformador de adaptación garantiza que los diferentes valores de resistencia se adapten para minimizar la distorsión de la forma del pulso en la salida. Se utiliza para proporcionar aislamiento galvánico.
Antes de saber qué son los transformadores de línea eléctrica, hay que tener en cuenta que están disponibles para su uso en redes de alta potencia. Los dispositivos de corriente alterna modifican los valores de energía en las instalaciones receptoras y trabajan en lugares con una gran capacidad y tasa de cambio de electricidad.
No hay que confundir un transformador rotativo con un equipo rotativo, es decir, una máquina para convertir el ángulo de rotación en tensión de circuito, cuyo rendimiento depende de la velocidad de rotación. El dispositivo transmite un impulso eléctrico a las partes móviles del equipo, como el cabezal de una videograbadora. Un doble núcleo con bobinas separadas, una de las cuales gira alrededor de la otra.
La unidad llena de aceite utiliza un aceite de transformador especial para refrigerar las bobinas. Tienen un circuito magnético cerrado. A diferencia de los tipos aéreos, pueden interactuar con las redes de alta potencia.
Transformadores de soldadura para optimizar el funcionamiento de los equipos, reducir la tensión y generar corriente de alta frecuencia. Esto se consigue variando la inductancia o las características en vacío. La regulación por pasos se realiza mediante la disposición del bobinado eléctrico en los conductores.
