Un transformador eléctrico (a veces abreviado como "transformador") es una máquina eléctrica que permite modificar el voltaje y la intensidad de la corriente suministrada por una fuente de energía eléctrica alterna, en un sistema de voltaje y corriente de diferentes valores, pero de la misma frecuencia y de la misma forma. Realiza esta transformación con excelente eficiencia.
Se hace una distinción entre transformadores estáticos y conmutadores . En un transformador estático , la energía se transfiere del primario al secundario a través del circuito magnético formado por la carcasa del transformador. A continuación, estos dos circuitos se acoplan magnéticamente . Esto hace posible lograr un aislamiento galvánico entre los dos circuitos. En un conmutador , la energía se transmite mecánicamente entre un generador y un motor eléctrico .
El principio de inducción electromagnética fue descubierto de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1831. Pero, habiendo publicado por primera vez sus resultados experimentales, Faraday tiene el mérito del descubrimiento.
La relación entre la fuerza electromotriz , que es homogénea a un voltaje , y el flujo magnético se formaliza en la ley de Faraday , a saber:
En la que :
Faraday con sus bobinas enrolladas alrededor de un anillo de hierro, de hecho crea el primer transformador toroidal, pero no considera sus aplicaciones prácticas.
Entre las décadas de 1830 y 1870, los avances en el campo, principalmente a través de prueba y error, proporcionaron la base para comprender los transformadores del futuro.
En 1836, el reverendo Nicholas Callan de Maynooth College en Irlanda continuó el trabajo en las bobinas de inducción . Fue uno de los primeros en comprender que el número de vueltas de la bobina secundaria y la primaria afectaba la fuerza electromotriz producida.
Las bobinas evolucionan gracias al esfuerzo de varios científicos e inventores que buscan incrementar el voltaje proveniente de las baterías conectadas al primario. Estas baterías suministran corriente continua , es necesario abrir el circuito regularmente para obtener la variación de voltaje y por lo tanto la variación de flujo necesaria para la inducción. Esto se logra con la ayuda de "contactos vibrantes" .
En la década de 1870, aparecen los generadores eléctricos en CA. Nos damos cuenta de que al usarlo en una bobina de inducción el sistema de apertura del circuito se vuelve innecesario.
En 1876, el ingeniero ruso Paul Jablochkoff inventó un sistema de iluminación basado en un lote de bobinas de inducción, en el que la bobina primaria está conectada a una fuente de corriente alterna y la bobina secundaria conectada a varias " lámparas de arco " que él mismo diseñó. Su ensamblaje con dos bobinas de inducción es básicamente un transformador.
En 1878, la empresa húngara Ganz comenzó a fabricar equipos eléctricos para iluminación, y en 1883 ya había instalado más de 50 sistemas eléctricos en Austria-Hungría .
Estos sistemas usan solo CA y consisten en lámparas de arco y lámparas incandescentes alimentadas con generadores eléctricos.
Hasta la década de 1880, para transferir energía CA desde una fuente de alto voltaje a cargas de bajo voltaje, todos estaban conectados en serie. Los transformadores de circuito abierto con una relación cercana a 1: 1 luego tienen sus primarios conectados en serie con la fuente de voltaje y sus secundarios conectados a las lámparas. El problema es que cuando una lámpara se enciende o apaga, afecta el voltaje en todos los demás en el circuito. Para solucionar este problema se introducen transformadores variables, algunos utilizan una modificación de su circuito magnético, o incluso desvían parte del flujo magnético, para variar su relación de conversión.
Fue en la década de 1880 cuando aparecieron los primeros transformadores con buena eficiencia y pudieron encontrar una aplicación real. Su uso permite la victoria de la corriente alterna sobre la corriente continua en las redes eléctricas .
En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs exhibieron en Londres el primer sistema de circuito magnético de hierro, al que llamó "generador secundario" . Después de la exposición, Gaulard y Gibbs venden su idea a la empresa estadounidense Westinghouse . Presentaron su invento una vez más en Turín en 1884, donde se utilizó para el sistema de iluminación. Sin embargo, la eficiencia de su dispositivo sigue siendo baja y las bobinas de inducción con un circuito magnético abierto no son muy eficientes para la transferencia de energía eléctrica.
En el otoño de 1884, Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy y Miksa Déri , tres ingenieros asociados a la empresa Ganz , llegaron a la conclusión de que los circuitos magnéticos abiertos no son la solución para usos prácticos y para regular la tensión. En su patente de 1885, describieron dos nuevos tipos de transformadores de circuito magnético cerrado. En el primer caso las bobinas de cobre están alrededor del circuito magnético, hablamos de transformador de columna, en el segundo es el circuito magnético que está alrededor de las bobinas, transformador blindado. Estos diseños todavía se utilizan hoy en día para la construcción de transformadores.
También en el otoño de 1884, la empresa Ganz produjo el primer transformador de alta eficiencia y lo entregó en 16 de septiembre de 1884. Tiene las siguientes características: 1.400 vatios, 40 Hz , 120: 72 V , 11,6: 19,4 A , o una relación de 1,67: 1, monofásico y acorazado.
En los dos diseños propuestos, el flujo magnético circula de primario a secundario casi en su totalidad en el circuito magnético. Solo una parte muy pequeña pasa por el aire, esto se llama flujo de fuga.
Los nuevos transformadores son 3,4 veces más eficientes que los transformadores de circuito magnético abierto de Gaulard y Gibbs. Su patente contiene otras dos grandes innovaciones: una se refiere a la conexión en paralelo de cargas, en lugar de conexiones en serie, la otra imagina la posibilidad de construir transformadores con muchas vueltas de bobinas que permitan tener una tensión de transmisión de electricidad diferente a la de uso. Por lo general, se proporciona un valor de 1400 a 2000 V para transporte y 100 V para uso.
El uso paralelo de estos nuevos transformadores en la red de distribución hace posible técnica y económicamente el suministro de electricidad. Bláthy sugiere el uso de un circuito magnético cerrado, Zipernowsky el uso de conexiones paralelas, Déri realiza los experimentos.
También popularizaron el uso de la palabra "transformador", aunque el término ya estaba en uso en 1882.
En 1886, la empresa Ganz suministró los equipos de la primera subestación eléctrica en corriente alterna conectada en paralelo, el suministro de electricidad está asegurado por un generador de vapor de Roma - Cerchi .
Aunque George Westinghouse adquirió las patentes de Gaulard y Gibbs en 1885, Edison Electric Light Company obtuvo la licencia para construir los transformadores "Ganz" en los Estados Unidos . Por lo tanto, Westinghouse se ve obligada a utilizar un diseño diferente para fabricar sus transformadores. Confió el diseño de estos nuevos modelos a William Stanley . La primera patente de Stanley sobre transformadores presenta una construcción con un circuito magnético de hierro dulce con un espacio de aire ajustable para regular el voltaje en el secundario. Esta tecnología se vendió por primera vez en los Estados Unidos en 1886. Westinghouse quería mejorar el concepto para que fuera más fácil de producir y, por lo tanto, menos costoso.
Esto conduce a la aparición de un nuevo modelo en el que el núcleo magnético está formado por láminas delgadas separadas entre sí por láminas de papel u otros materiales aislantes. Luego, las bobinas se deslizan alrededor de las columnas antes de cerrar el circuito con las láminas horizontales. Este nuevo modelo fue presentado en la oficina de patentes en diciembre de 1886 por Stanley y patentado definitivamente en julio de 1887.
El transformador aislado y enfriado por aceite se inventó alrededor de 1912. Esto hizo posible construir transformadores de mayor potencia. Su principal defecto es su inflamabilidad. El uso de PCB permite sortear este inconveniente; sin embargo, su toxicidad llevó a su prohibición en 1987. Los transformadores de tipo seco que utilizan aislamiento a base de resina se inventaron en 1965.
En 1889, el ruso Mikhail Dolivo-Dobrovolski construyó el primer transformador trifásico en AEG , una empresa alemana.
En 1891, Nikola Tesla creó la bobina que ahora lleva su nombre. Este es un núcleo magnético sin bobina que trabaja en resonancia a alta frecuencia y produce voltajes muy altos.
Es un transformador virtual sin pérdidas. Se utiliza para modelar transformadores reales. Se considera que son una combinación de un transformador perfecto y varias impedancias.
En el caso de que se descuiden todas las pérdidas de flujo y las fugas, la relación entre el número de vueltas secundarias y el número de vueltas primarias determina totalmente la relación de transformación del transformador, señaló .
Como se descuidan las pérdidas, la potencia se transmite en su totalidad, por lo que la intensidad de la corriente en el secundario está en relación inversa, es decir, casi 19 veces mayor que la que circula en el primario.
Igualdad de poderes aparentes : ya sea:
podemos deducir:La potencia aparente máxima de un transformador se expresa en VA .
Explicación a través del flujo magnético.Dejado ser una bobina que comprende N vueltas, a la que se aplica una tensión sinusoidal de valor con , con f la frecuencia f en sus terminales y U la efectiva tensión . Observemos también el flujo alterno inducido por esta bobina . Observamos el voltaje inducido. La ecuación de Maxwell-Faraday da:
Reemplazando por el valor de la tensión sinusoidal e integrando uno se obtiene:
Y entonces :
.Ahora considere el caso de un transformador ideal, por definición no tiene pérdida y su núcleo es infinitamente permeable. En otras palabras, el flujo magnético es el mismo en ambas bobinas. Entonces tenemos :
O simplificando:
Emparejamiento de impedanciaAl modificarse las relaciones de tensiones y corrientes entre el primario y el secundario, no se percibirá una impedancia colocada en el primario con su valor inicial en el secundario.
Tenemos la ecuación:
o :
El símbolo del transformador de núcleo de hierro corresponde a dos bobinas separadas por dos líneas verticales que simbolizan el circuito magnético. Representa simplemente su construcción física, así como su función de acoplamiento.
Para modelar un transformador real en modo estacionario existen varios modelos que cumplen con diversas especificaciones. Muy a menudo, estos modelos intentan tener en cuenta las pérdidas y caídas de voltaje bajo carga. Luego se agregan dipolos lineales al transformador ideal, lo que permite modelar las pérdidas, pero también las caídas de voltaje durante el funcionamiento en modo sinusoidal a la frecuencia de funcionamiento.
Las notaciones del diagrama opuesto son las siguientes:
Este modelo, si tiene en cuenta las pérdidas, descuida las no linealidades y las capacidades parasitarias.
Agrupación de la impedancia principalUn transformador consta principalmente de dos bobinas, unidas por un circuito magnético. Puede modelarse observando dos inductores adecuados L 1 y L 2 , así como una inductancia mutua, denominada M o, a veces, L 12 . En el diagrama, los voltajes se denotan e 1 ye 2 , posteriormente se denotarán U 1 y U 2 como en la parte anterior. Las corrientes I 1 e I 2 son reentrantes. Finalmente, notamos el flujo en primaria y secundaria. Aquí se descuidan las resistencias para que los cálculos sean más legibles. Al principio escribiremos que el flujo en la primaria vale:
En secundaria:
Derivando obtenemos el siguiente sistema:
.
A continuación, introducimos el diagrama equivalente al lado, que permite diferenciar los parámetros vinculados al flujo de fuga de los vinculados a la inductancia mutua. Las ecuaciones asociadas con este diagrama son:
.
Al identificar los parámetros del segundo diagrama con los del primero se encuentra:
Las pérdidas de "hierro"Las pérdidas en el circuito magnético, también llamadas "pérdidas de hierro", dependen de la frecuencia y la tensión de alimentación. A frecuencia constante, pueden considerarse proporcionales al cuadrado de la tensión de alimentación.
Estas pérdidas tienen dos orígenes físicos:
Las curvas de los fabricantes de láminas magnéticas dan, para determinadas frecuencias, las pérdidas totales para diferentes valores de la inducción.
Pérdidas de "cobre"Las pérdidas por efecto Joule en los devanados también se denominan “pérdidas de cobre”, dependen de la resistencia de estos devanados y de la intensidad de la corriente que los atraviesa. Son proporcionales al cuadrado de la intensidad:
con :
También existen pérdidas por corrientes de Foucault en las bobinas. Se deben al campo de fuga, pero generalmente son débiles y solo se tienen en cuenta en modelos muy detallados.
Fuga de flujoEl circuito magnético se considera en el modelo del transformador ideal como sin pérdidas, que sería el caso si la resistencia magnética del hierro fuera cero. Sin embargo, este no es el caso, el flujo por lo tanto circula parcialmente fuera del núcleo, este flujo llamado "fuga" , a diferencia del flujo "principal" , puede modelarse mediante una inductancia en serie con la resistencia de cada devanado. Observando la reticencia magnética del núcleo de hierro y N el número de vueltas, obtenemos la siguiente fórmula:
Para limitar el número de componentes en el modelado. Las bobinas de fuga generalmente se vuelven a llevar al mismo lado del transformador (primario o secundario) utilizando la fórmula de adaptación de impedancia.
Detalles sobre flujos de fuga, coeficiente de Blondel y acoplamientoSi notamos el flujo que pasa por la bobina primaria y el flujo que llega a la secundaria. Para definir el caudal de fuga, podemos decir que es el caudal producido por el primario del que restamos el caudal que llega al secundario:
Como recordatorio, por definición de inductancia:
Definimos la inductancia mutua M tal que para el secundario tenemos:
Combinando las dos ecuaciones obtenemos:
Entonces :
Si volvemos a empezar el mismo razonamiento alimentándonos por el secundario, obtenemos:
De donde :
En el caso ideal, las inductancias de fuga son cero ,: . Definimos el coeficiente de dispersión de Blondel, también llamado coeficiente de fuga, para notar la diferencia con este caso:
Si llevamos todas las pérdidas a las primarias. Obtenemos :
Notamos que
También definimos el coeficiente de acoplamiento k:
Si tomamos la primera ecuación del voltaje en el secundario, considerando el transformador sin carga, entonces I 2 cero:
yDe donde
Sea por definición de m:
Medición de pérdidas Pruebas de cortocircuitoPara medir las pérdidas por efecto Joule, la corriente debe ser alta y las pérdidas magnéticas muy bajas, para que los devanados estén sometidos a una baja tensión. El cortocircuito del transformador con un suministro de voltaje reducido permite lograr ambas condiciones. Las pérdidas del transformador son entonces casi iguales a las pérdidas por efecto Joule. En la práctica, una vez que el transformador está en cortocircuito, no sería posible medir la corriente imponiendo la tensión nominal entre los terminales del primario: la corriente sería demasiado alta, dando lugar a fuertes tensiones mecánicas y altas temperaturas . Para evitar esto, las pérdidas de cobre se miden ajustando la corriente a la corriente nominal, la tensión resultante llamada "tensión de cortocircuito" es entonces menor que la tensión nominal. Se expresa como porcentaje de la tensión nominal. Un voltaje de cortocircuito bajo da como resultado una caída de voltaje baja, pero una corriente de cortocircuito alta, por lo que se debe encontrar un compromiso entre estos dos parámetros.
Determinación de parámetros durante la medición.Los valores de cortocircuito se indican con "cc" . R la resistencia de los devanados. Z su impedancia , X la inductancia , P la potencia activa , U la tensión e I la corriente .
Pruebas de vacíoPara medir las pérdidas de hierro y las fugas magnéticas, se necesita un estado en el que las pérdidas por efecto Joule sean bajas, es decir, una corriente baja, y donde las pérdidas magnéticas sean altas, es decir, alta tensión. El funcionamiento en vacío, sin receptor conectado al secundario, corresponde a este caso. La potencia consumida en el primario del transformador es entonces casi igual a las pérdidas magnéticas.
Determinación de parámetros durante la medición.Observamos la resistencia equivalente a las pérdidas del hierro, la inductancia principal, la potencia activa en vacío, la tensión en el primario, la componente real de la corriente y su componente imaginaria.
Está formado por dos partes esenciales, el circuito magnético y los devanados.
El circuito magnético de un transformador está sometido a un campo magnético que varía con el tiempo. Para los transformadores conectados al sector de distribución, esta frecuencia es de 50 o 60 hercios . El circuito magnético siempre está laminado para reducir las pérdidas por corrientes parásitas , que dependen de la amplitud de la señal y su frecuencia. Para los transformadores más comunes, las láminas apiladas tienen la forma de E e I, lo que permite colocar el devanado dentro de las “ventanas” del circuito magnético así formado.
Todas estas láminas de hierro de silicio existen en espesores de 0,2 a 0,5 mm ; no están aislados (para baja potencia) o están aislados con una capa muy fina de barniz. Su calidad se especifica por sus pérdidas en W / kg a una inducción dada de 1 tesla. Hay hojas de 0,6 W / kg hasta 2,6 W / kg comúnmente.
Tenga en cuenta que en los yugos que unen las columnas, el flujo es perpendicular a la dirección de rodadura. El material magnético no se utiliza en el mejor de los casos, siendo la orientación molecular desfavorable para el paso del flujo. Por lo tanto, existen circuitos en una junta tórica, formados por el devanado de una tira de lámina magnética que ofrece siempre la misma dirección de orientación al flujo. Estos circuitos magnéticos se llaman tori . El bobinado industrial y económico de toroides requiere el uso de bobinadoras adecuadas.
Para altas potencias, los circuitos magnéticos se realizan con láminas rectas o biseladas. Estas hojas se apilan para formar un núcleo de sección cuadrada, rectangular o transversal llamado San Andrés .
Para frecuencias medias ( 400 a 5000 Hz ), se utiliza una lámina de silicio de grano orientado con un espesor de 10 ⁄ 100 mm en forma de circuitos "C".
Para frecuencias medias (≤ 5 kHz ) el uso de ferritas es fundamental (ejemplo de campo de aplicación: fuentes de alimentación conmutadas).
Para altas frecuencias (≤ 1 MHz ), las ferritas se utilizan como circuito magnético; en los casos en los que el uso de un material magnético se vuelve imposible debido a pérdidas relacionadas con la frecuencia, el acoplamiento primario / secundario se realiza en el aire. (ejemplo de área de aplicación: transmisores / receptores de radio).
El conductor eléctrico utilizado depende de la aplicación, pero el cobre es el material de elección para todas las aplicaciones de alta potencia. Los cables eléctricos de cada torre deben estar aislados entre sí para que la corriente fluya a través de cada torre. Para potencias pequeñas, basta con utilizar conductores no magnéticos esmaltados para asegurar este aislamiento; en aplicaciones de mayor potencia, pero sobre todo debido a una alta tensión de funcionamiento, los conductores se envuelven con papel dieléctrico impregnado de aceite mineral. Para frecuencias medias y altas, se utilizan conductores trenzados para limitar el efecto piel y las pérdidas por corrientes parásitas ; mientras que para altas potencias se busca minimizar estas pérdidas inducidas en los conductores mediante el uso de alambres planos de pequeño espesor, o incluso tiras reales de cobre o aluminio.
Los devanados primarios o secundarios pueden tener conexiones externas, llamadas derivaciones, en puntos intermedios del devanado para permitir la selección de la relación de voltaje. Las salidas se pueden conectar a un cambiador de tomas bajo carga automático para controlar la tensión del circuito de distribución.
Los transformadores de frecuencia de audio, utilizados para distribuir audio a los altavoces, tienen tomas para permitir el ajuste de la impedancia de cada uno de los altavoces. Un transformador mid-tap se usa a menudo en amplificadores de potencia de audio. Los transformadores de modulación en transmisores de amplitud modulada son muy similares.
Dado que los devanados están sujetos a tensiones eléctricas, deben estar aislados para garantizar su correcto funcionamiento y la seguridad de los usuarios.
Los alambres redondos o planos se cubren con una capa de barniz horneado que constituye un esmalte. Los planos también existen aislados por una envoltura de fino aislamiento, o incluso de una cinta de alambre de vidrio trenzado, todo impregnado en la resina para el vidrio trenzado.
La tensión entre capas que presentan riesgo de rotura se contrarresta mediante la instalación de un aislante en forma de cinta fina y esta sistemáticamente entre arrollamientos. Todo el devanado, o incluso todo el transformador, se sumerge en un barniz, por gravedad o al vacío y presión, para luego pasar por un horno para ser recocido.
Para cualquier aislamiento se define una temperatura máxima que no debe superarse. Más allá de eso, la vida útil del material disminuye rápidamente.
Estas distinciones a menudo están relacionadas con las numerosas aplicaciones posibles de los transformadores.
Los transformadores de distribución en los que la tensión de al menos una de las fases supere los 1000 V se consideran transformadores de potencia. Su papel es fundamental en la red eléctrica para permitir que la electricidad se transporte a largas distancias. Debido a su alto nivel de voltaje, cumplen con limitaciones específicas, particularmente en términos de aislamiento. Su fiabilidad y vida útil deben ser especialmente elevadas.
En este tipo particular de transformador no hay aislamiento eléctrico entre el primario y el secundario, porque el secundario es parte del devanado primario. La corriente suministrada al transformador fluye por todo el primario y un bypass en un punto determinado del mismo determina la salida del secundario. La consecuencia es que parte del devanado es atravesado por la corriente única del primario mientras que la otra parte es atravesada por la corriente del primario menos la del secundario; la sección del devanado debe adaptarse a estas corrientes atípicas para un transformador.
La relación entre la tensión de entrada y la tensión de salida es idéntica a la de un transformador con devanados primario y secundario, aislados entre sí.
En Francia, se utiliza sistemáticamente un autotransformador para la conexión entre las redes de 225 kV y 400 kV .
Un “variac”, o autotransformador variable, consta de un núcleo de acero toroidal, una bobina de cobre de una sola capa y una escobilla de carbón . Al variar la posición del cepillo en la bobina, la relación del autotransformador varía proporcionalmente. Tiene la ventaja, en comparación con un reóstato , de producir muchas menos pérdidas de Joule y su voltaje en el secundario depende mucho menos de la carga. La presencia de un fusible entre el secundario y la carga es fundamental para evitar que, en el caso de que la tensión en el secundario y la impedancia de la carga sean bajas, se quemen las espiras. De hecho, en este caso, hay casi un cortocircuito distribuido en muy pocas vueltas.
Un transformador crea aislamiento galvánico entre su primario y su secundario, esta propiedad se usa especialmente en transformadores de aislamiento. Se utilizan para garantizar la seguridad de una instalación protegiéndola contra la electrocución, por ejemplo. La separación galvánica también elimina parte del ruido eléctrico, que es útil para algunos dispositivos electrónicos sensibles. Como cualquier transformador, un transformador de aislamiento no permite el paso de corriente continua.
Estos transformadores tienen casi el mismo número de vueltas en el primario y en el secundario:
Son, por ejemplo, muy utilizados en quirófanos: cada sala del quirófano está equipada con su propio transformador de aislamiento, para evitar que una avería en una unidad afecte a las demás.
Otra ventaja es poder cambiar el sistema neutral (caso de uso de hardware informático y / o equipos electrónicos sensibles en una instalación informática ).
El transformador sigue siendo un transformador de impedancia, pero los ingenieros electrónicos dan este nombre a los transformadores que no se utilizan en circuitos de potencia.
El transformador de impedancia está destinado principalmente a adaptar la impedancia de salida de un amplificador a su carga. Este tipo de transformador se utilizó en particular:
Tales disposiciones también tienen la ventaja de hacer que los dispositivos conectados mucho más resistente a las perturbaciones electromagnéticas por un aumento significativo en el CMRR ( modo común Porcentaje de rechazo ) o la tasa de rechazo de modo común.
Según la definición de la Comisión Electrotécnica Internacional , un transformador de medida es un transformador destinado a alimentar dispositivos de medida, contadores, relés y otros dispositivos similares. Se utilizan para permitir la medición de voltaje o corriente cuando estos son demasiado altos para medirlos directamente. Deben transformar la tensión o la corriente de forma proporcional y sin desfase.
Los transformadores de cambio de fase permiten crear un cambio de fase entre sus voltajes de entrada y salida. Esto tiene como objetivo aliviar una red sobrecargada. La red de transmisión de electricidad está mallada; la electricidad toma prestada de forma natural y preferencial las líneas de menor resistencia eléctrica. Esto explica por qué algunas líneas pueden estar saturadas mientras que otras líneas que sirven a la misma área pueden estar infrautilizadas.
Al "forzar" el paso de la electricidad en una línea eléctrica en lugar de otra, el transformador desfasador permite optimizar las líneas menos utilizadas y, por tanto, aliviar las líneas saturadas. Gracias a esta mejor distribución de tránsitos en las líneas, la red de transporte de electricidad puede explotarse al máximo de sus capacidades técnicas.
Técnicamente, un transformador de cambio de fase consta de un transformador conectado en delta y en paralelo a los sistemas de entrada y un transformador conectado en serie. Ambos tienen núcleos magnéticos separados y recipientes separados.
Un cambiador de tomas permite ajustar el cambio de fase deseado.
Los transformadores de prueba o prueba son transformadores que pueden alcanzar voltajes muy altos para cargas limitadas. Se utilizan para probar equipos eléctricos.
Las pérdidas por corrientes de Foucault dentro del circuito magnético son directamente proporcionales al cuadrado de la frecuencia pero inversamente proporcionales a la resistividad del material que lo constituye. Para limitar estas pérdidas, el circuito magnético de los transformadores de alta frecuencia se realiza con materiales ferromagnéticos aislantes:
Este tipo de transformador se utiliza para controlar tiristores, triacs y transistores. Comparado con el optoacoplador , tiene las siguientes ventajas: posible funcionamiento a alta frecuencia, simplificación del montaje, posibilidad de suministrar una gran corriente, buena resistencia a la tensión.
En las redes eléctricas trifásicas , se podría perfectamente plantearse utilizar 3 transformadores, uno por fase. En la práctica, el uso de transformadores trifásicos (un solo dispositivo combina las 3 fases) está generalizado: esta solución permite el diseño de transformadores mucho menos costosos, con particular ahorro en el circuito magnético. De hecho, los transformadores monofásicos apenas se utilizan, excepto para potencias aparentes muy grandes (normalmente superiores a 500 MVA), donde el transporte de un transformador trifásico grande es problemático y fomenta el uso de 3 unidades físicamente independientes. Existen diferentes tipos de conexiones de devanado que se utilizan para conectar un transformador trifásico. Las conexiones más utilizadas son estrella-estrella, delta-delta, estrella-delta, delta-estrella.
The Scott montaje hace que sea posible transformar tensiones trifásicas en dos fase y viceversa. El montaje de Scott se realiza gracias a dos transformadores monofásicos de potencia la mitad que la del uso. El primer transformador tiene los terminales de su primario conectados a dos fases del trifásico. El segundo transformador se conecta entre la toma central del primer transformador y la fase restante del trifásico (ver diagrama). La relación de devanado del primer transformador es igual a 1, mientras que para el segundo es igual a aproximadamente 0,866. Los voltajes en el secundario son iguales en estándar y están desfasados en 90 °.
Los sistemas bifásicos, anteriormente ampliamente utilizados, han ido dando paso a sistemas trifásicos. Sin embargo, el transformador Scott todavía se utiliza en electrónica, pero también en la producción, distribución y transmisión de electricidad si el bifásico todavía está presente.
En el caso de los receptores monofásicos de alta potencia (horno eléctrico monofásico), el conjunto Scott permite equilibrar la red trifásica.
Demostración de transformación trifásica → bifásicaEn cuanto a , el primer transformador se conecta entre el terminal trifásico ayc, por lo tanto:
Como la relación de las vueltas del primer transformador es igual a ,
En cuanto a , el segundo transformador se conecta entre la mitad del devanado del primer transformador y el terminal b, por lo tanto:
Como la relación de las vueltas del segundo transformador es igual a ,
Se obtienen dos voltajes del mismo estándar y con desfase de 90 °.Al igual que el conjunto de Scott, el conjunto de Leblanc transforma un sistema trifásico en un sistema bifásico. Las dos disposiciones son eléctricamente equivalentes. El conjunto de Leblanc utiliza un circuito magnético trifásico. Su principal está conectado en triángulo, que tiene el efecto de eliminar el 3 º armónico.
Aunque conocido desde finales del XIX ° siglo, el montaje Leblanc fue menos exitosa que Scott.
En un montaje Leblanc, si las corrientes bifásicas están equilibradas, lo mismo se aplica a las corrientes trifásicas.
El teorema de Leblanc establece que una bobina alimentada por un voltaje alterno y, por lo tanto, creando un campo magnético que pulsa a lo largo de su eje, crea dos campos magnéticos del mismo módulo, que giran en direcciones opuestas. Este teorema constituye la base teórica del funcionamiento de motores asíncronos monofásicos.