¿Cómo Funcionan los Transformadores Eléctricos?

Definición de un Transformador Eléctrico

Un transformador eléctrico es un dispositivo que incrementa o disminuye el voltaje de CA de un circuito primario que incluye una bobina eléctrica a un circuito secundario que incluye otra bobina eléctrica.

Principio de un Transformador Eléctrico

El principio por el cual el voltaje y la corriente son transformados (incrementados o disminuidos) es la inducción magnética mutua. Si una fuente de voltaje de CA suministra energía eléctrica a una bobina, llamada bobina primaria, se crea un campo magnético cambiante (debido a que el voltaje es alterno, CA) dentro y alrededor de la bobina. (ver figura abajo)
campo magnético debido a corriente eléctrica

Si una segunda bobina (bobina secundaria) se coloca cerca de la bobina primaria y dentro de la línea de flujo, el mismo campo magnético cambiante creado en la bobina primaria inducirá una fem en la bobina secundaria (ley de Faraday).

principio del transformador eléctrico

Ecuación del Transformador y Eficiencia

Sea \( V_p \) el voltaje a través de la bobina primaria, \( I_p \) la corriente en el circuito primario y \( N_p \) el número de vueltas de la bobina primaria.

Sea \( V_s \) el voltaje a través de la bobina secundaria, \( I_s \) la corriente en el circuito secundario y \( N_s \) el número de vueltas de la bobina secundaria.

Para bajas frecuencias del voltaje de CA en la primaria, tenemos las siguientes definiciones y relaciones entre los voltajes y corrientes en los circuitos primario y secundario.

1) La eficiencia \( \eta \) de un transformador se define como:
\[ \eta = \dfrac{\text{potencia suministrada por la secundaria}}{\text{potencia suministrada por la primaria}} = \dfrac{I_s V_s}{I_p V_p} \]
Si no hay pérdidas (pérdidas despreciables), \( \eta \approx 100\% \).
Si hay pérdidas \( \eta < 100\%. \)

2) Cuando las pérdidas son despreciables, la potencia en la secundaria es igual a la potencia en la primaria.

\( I_p V_p = I_s V_s \)       y       \( \eta = 100\% \)

3) Ecuación del transformador:

\( \dfrac{V_s}{V_p} = \dfrac{N_s}{N_p} \)