Los transformadores son elementos eléctricos que nos permiten aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. El transformador convierte la energía alterna de un determinado nivel de tensión a energía de otro nivel basándose en la premisa de la inducción electromagnética.
Todos los transformadores tienen el mismo funcionamiento, con dos bobinas de material conductor de la electricidad devanadas sobre un núcleo cerrado de compuesto ferromagnético aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas se forma por el flujo magnético que se establece en el núcleo. Los núcleos por general se fabrican de hierro o de láminas metálicas de acero eléctrico, un material que optimiza el flujo magnético.
El primer transformador
Entre los años 1884 y 1885 los ingenieros húngaros Miksa Deri, Ottó Titusz Bláthy y Károly Zipernowsky crean en Budapest el transformador DBZ de corriente alterna descubriendo además la fórmula matemática de los transformadores. Es en la solicitud de patente del invento cuando apareció por primera vez la palabra transformador que fue acuñada por Ottó Titusz Bláthy. Fue en el año 1886 se comercializó el primer transformador de uso comercial.
El principio de funcionamiento de todo transformador
El funcionamiento de todos los transformadores se basa en la inducción electromagnética. Al aplicar una fuerza electromotriz en el primario gracias a la energía eléctrica, se produce una inducción de flujo magnético en el núcleo de hierro. Según la ley de Faraday si dicho flujo magnético es variable aparece una fuerza electromotriz en el secundario. De este modo los circuitos primario y secundario quedan acoplados mediante un campo magnético.
La tensión inducida en el secundario depende directamente de la relación entre el número de espiras del primario y del secundario y de la tensión aplicada al primario. Dicha tensión se denomina relación de transformación.
El transformador ideal
El transformador ideal se supone aquel en el que no hay pérdida de ningún tipo. Aunque en la teoría existe, en la práctica es inviable pero es fundamental para entender el funcionamiento de los transformadores reales.
En un transformador ideal, las tensiones en los devaneos son proporcionales a la variación del flujo magnético que las atraviesa y al número de espiras del devanado. Puesto que el acoplamiento magnético de los devanados se considera perfecto, se deduce que la relación entre las tensiones es proporcional entre el número de espiras de los devanados.
En un transformador ideal al no existir pérdidas, la potencia de entrada en el primario, debe ser igual a la potencia de salida del secundario.
El transformador real
En el mundo real los transformadores ideales son imposibles de realizar, la resistencia de los devaneos, la histéresis del núcleo y las corrientes parásitas producen pérdidas de energía.
Las pérdidas debidas a la resistencia eléctrica de los arrollamientos se llaman pérdidas en el cobre, mientras que las pérdidas debidas al efecto de la histéresis y por las corrientes parásitas se llaman pérdidas en el hierro.
La saturación magnética limita la frecuencia de funcionamiento limitando la tensión máxima posible del primario. Si se sobrepasa éste límite, se satura el núcleo y aparecen corrientes en el primario que no producen ningún efecto en la tensión del segundario. La saturación magnética se evita incrementando las espiras en el primario y en el secundario, con lo que se produce mayor pérdida en el cobre.
