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• Arturo Hansel Garcia Tapia

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Transformadores.

La capacidad de cambiar el voltaje permite la generación y el uso de potencia eléctrica a bajos voltajes, seguros, pero transmitida al máximo voltaje práctico. Las corrientes y los voltajes alternos se transforman de valores altos a valores bajos por medio de un dispositivo denominado transformador. Un transformador que recibe voltajes altos y los convierte en altos se denomina transformador elevador, uno que toma voltajes altos y los convierte en bajos se denomina transformador reductor.

Un transformador consta de dos conjuntos de bobinas alrededor de un núcleo de cobre como muestra la figura 1. La bobina primaria, con 𝑁𝑝 vueltas, está conectada a una fuente de fem descrita por 𝑉𝑓𝑒𝑚 = 𝑉𝑚á𝑥 𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡. Suponiendo que la bobina primaria actúa como un inductor. El circuito primario tiene la corriente y el voltaje fuera de fase por 𝜋/2𝑟𝑎𝑑(90°), de modo que el factor de potencia, 𝑐𝑜𝑠𝜑, es cero. Así la fuente de fem no suministra potencia alguna al transformador si sólo está conectada la bobina primaria. En otras palabras, si la bobina secundaria no está conectada a un circuito cerrado, el transformador no extrae nada de potencia.

Figura 1. Transformador con 𝑁𝑝 vueltas en la bobina primaria y 𝑁𝑠 en la secundaria.

La bobina secundaria de un transformador tiene 𝑁𝑠 vueltas. La fuente de fem que caría con el tiempo en la bobina primaria induce un campo magnético que varía con el tiempo en el núcleo de hierro para el cual se utiliza la siguiente ecuación. El transformador cambia el voltaje del circuito primario a un voltaje secundario, dado por la razón del número de vueltas en la bobina secundaria dividida entre el número de vueltas en la bobina primaria.

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𝑉𝑠 = 𝑉𝑝

𝑁𝑠 𝑁𝑝

Si a través de los devanados secundarios se conecta aun resistor, por la bobina secundaria comienza a fluir una corriente 𝐼𝑠 . Entonces, la potencia en el circuito secundario es 𝑃𝑠 = 𝐼𝑠 𝑉𝑠 . Esta corriente induce un campo magnético que varía con el tiempo que induce un voltaje en la bobina primaria, de modo que luego la fuente de fem produce suficiente corriente para mantener el voltaje original. La corriente, 𝐼𝑝 está en fase con el voltaje debido al resistor, de modo que es posible transferir potencia al transformador. La resistencia efectiva del circuito primario puede expresarse de la siguiente manera:

𝑅𝑝 =

𝑉𝑝 𝑁𝑝 2 𝑅 𝑁𝑝 2 = 𝑉𝑝 ( ) =( ) 𝑅 𝐼𝑝 𝑁𝑠 𝑉𝑝 𝑁𝑠

Una aplicación de los transformadores es la adaptación de impedancia. En la transferencia de potencia entre una fuente de fem y un dispositivo que usa potencia es máxima cuando en ambos la impedancia es la misma. Con frecuencia, la fuente de fem y el dispositivo previsto no tienen la misma impedancia.

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