Unidad 12 de Fisica

12.1Inductancia

Una bobina

En electromagnetismo y electrónica, la inductancia (

), es una medida de la oposición a un cambio de

corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético (

) y la intensidad de corriente eléctrica ( ) que circula

por la bobina y el número de vueltas (N) de el devanado:

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia. El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente

exclusivamente. No deben

incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través delvoltaje

inducido en el conductor por

la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:

El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A es positiva, la corriente que entra por A aumenta con el tiempo.

En el SI, la unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad enamperios. El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886,1 mientras que el símbolo

se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz.2 3

La inductancia siempre es positiva, salvo en ciertos circuitos electrónicos especialmente concebidos para simular inductancias negativas, y los valores de inductancia prácticos, van de unos décimos de nH para un conductor de 1 milímetro de largo, hasta varias decenas de miles de Henrios para bobinas hechas de miles de vueltas alrededor de núcleos ferromagnéticos. Formalismo General [editar] Inductancia Mutua [editar] Como se verá a continuación, la inductancia (mutua y autoinductancia) es una característica de los circuitos, dependiente de la geometría de los mismos. Sean dos circuitos arbitrarios descritos por las curva y por donde circulan corrientes y , respectivamente. De ahora en más el subíndice 1 representa magnitudes correspondientes circuito 1 y análogamente para el circuito 2. En virtud de la Ley de Faraday se tiene

donde encerrada

es el campo eléctrico y

es el campo magnético en el circuito 1. Si ahora se toma el flujo a través del área

por el circuito 1,

y usando el Teorema de Stokes para la integral del lado izquierdo se obtiene la fem

Es conveniente usar que

, donde

para el circuito 1:

es el potencial vectorial para reescribir lo anterior como

En este punto se debe hacer una simplificación: se supondrá que el circuito no cambia en el tiempo, con lo cual la derivada parcial puede salir fuera de la integral. Esto permite entonces aplicar nuevamente el Teorema de Stokes. Matemáticamente:

Dado que

en el gauge

corriente que genera el campo magnético

donde

es la densidad de

. En este caso la densidad de corriente corresponde a la del circuito 2, por lo

que

. En caso que la densidad de corriente corresponda a una curva y no a un

volumen en el espacio es lícito reescribir el potencial vectorial como reemplazando esta última igualdad en la expresión anterior se tiene

. Luego,

Dado que se ha supuesto que los circuitos no se modifican en el tiempo sólo

se ve afectada por la derivada temporal, con lo que

El anterior razonamiento se puede repetir para el circuito 2 dando como resultado 5....

Claramente las constantes que acompañan a las derivadas temporales en ambos casos son coeficientes que sólo dependen de la geometría de los circuitos y además son iguales. Luego se llama inductancia mutua,

a dicha constante

Autoinductancia [editar] Para calcular la autoinductancia se puede proceder con el razonamiento anterior. A pesar de esto surge un problema: la doble integral no se hace sobre circuitos distintos sino sobre el mismo dando lugar a divergencia cuando

. Dicho problema puede ser resuelto si en la integral se usa la

expresión general para puntos permite hacer aproximación con las cuales se puede resolver la integral.

para puntos muy cercanos entre sí. Esta proximidad entre

No obstante existen casos donde la autoinductancia se calcula trivialmente como por ejemplo el solenoide ideal: si de Faraday se tiene

Dado que el campo constante en el solenoide es constante y dado por solenoide e

la corriente que pasa el mismo, se tiene

, con

es el flujo magnético, por Ley

el número de vueltas,

el largo del

donde es la autoinductancia. El valor de la inductancia viene determinado exclusivamente por las características geométricas de la bobina y por la permeabilidad magnética del espacio donde se encuentra. Si el solenoide tiene un núcleo de permeabilidad distinta de vacío, la inductancia (en Henrios), de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, viene determinada por:

donde

es la permeabilidad absoluta del núcleo (el producto entre la permeabilidad del aire y la permeabilidad relativa del material)

número de espiras, El cálculo de

es el área de la sección transversal del bobinado (en metros cuadrados) y

es el

la longitud de las bobina (en metros).

es bastante complicado a no ser que la bobina sea toroidal y aun así, resulta difícil si el núcleo presenta distintas permeabilidades en

función de la intensidad que circule por la misma. En este caso, la determinación de

se realiza a partir de las curvas de imantación.

Acoplamiento magnético [editar] Cuando el flujo magnético de una bobina alcanza a otra, se dice que ambas bobinas están acopladas magnéticamente. Este acoplamiento a menudo es no deseado, pero en ocasiones es aprovechado, como ocurre por ejemplo en los transformadores. En bobinas acopladas, existen dos tipos de inductancia: la debida al flujo de una bobina sobre otra, denominada inductancia mutua, y la debida al propio flujo, denominada autoinductancia. Así, en el caso de dos bobinas se tendría:

- autoinductancia de la bobina 1 - autoinductancia de la bobina 2 - inductancias mutuas Para diferenciar la autoinductancia de la inductancia mutua, se suelen designar con

y

respectivamente.

12.2Càlculo de Inductancias ( II ) .

El radioaficionado experimentador necesita siempre alguna bobina especial para utilizar en sus proyectos. Resulta facil devanarla (construírla), si se sabe cómo calcularla. Casi siempre, por desconocimiento, el radioaficionado experimentador no construye los componentes utilizados en sus proyectos. Si se les dá la oportunidad, un gran porcentaje lo hace y así puede sentir

la satisfacción de haber "construído" su proyecto con algunos componentes "caseros" y posiblemente habiéndose ahorrado unos pesos y no haber perdido tiempo en buscarlo por algún cachivacherío, ya que es muy raro (sino imposible) que el inductor que necesita, esté en el cajoncito de usados, con la inductancia, el tamaño y registro de pérdidas necesario. (Recordemos que cuanto mas pequeño es el inductor,mayor es la pérdida). Las tres propiedades mas importantes de una bobina son: Su Inductancia. Su tamaño. Su pérdida.

A pesar de que puede amontonarse casi cualquier inductancia en un espacio dado, las pérdidas aumentan al disminuir el tamaño, por lo tanto deben tenerse en cuenta los tres factores juntos. Consideremos en primer lugar la inductancia. Cálculo de la Inductancia. Existen muchas fórmulas para calcular inductancias. Algunas fórmulas dan mucha exactitud, pero...requieren muchos cálculos, ó es necesario consultar gráficos para determinar el valor de ciertas constantes. Hay otras, menos precisas, pero son mas cómodas para usar. Las ecuaciones siguientes (1) y (2), son de éste último tipo, pero sin embargo dan resultados suficientemente exáctos para todos los usos, salvo en los que requieren mucha precisión.

Todas las dimensiones en centímetros ( Cm.) Las fórmulas tienen una exactitud de 1% +/- para inductancias no muy bajas y cuando L/R sea no menor que 0,8 el espaciado entre espiras no demasiado grande, y D, L, y R,aproximadamente iguales para bobinas multi-capas. Para valores de inductancia menores de 1 ,uH los valores calculados son de un 5% (/+) a (/)10% menores que los verdaderos.

Factores de mérito. El factor de mérito ó Q, es la relación entre la reactancia (X1.) y las pérdidas (R). Es dificil de estimar de antemano. Sin embargo, las experiencias llevadas a cabo por muchos aficionados han permitido determinar los factores que hacen que un inductor tenga un alto Q. Deberá ser de un diámetro más bien grande y deberá tener un mínimo de aislante distinto de aire, dentro de su campo. Su longitud no será mucho menor que la mitad de su diámetro (relación óptima), ni mucho mayor que dos veces su diámetro. Además será devanado con el alambre de mayor diámetro compatible con el número de espiras y la longitud de bobinado requeridos, cuando se devane con un espaciado ligerámente menor que el diámetro del alambre. Cuando el diámetro del alambre, el espaciado etc.,son los óptimos,el Q de la bobina varía aproximadamente como el cuadrado del diámetro. Para Inductores de alta frecuencia,se prefiere alambre macizo. Puede ser esmaltado ó desnudo , para bobinas con vueltas espaciadas, pero con alambre de doble capa de algodón se obtiene en general, un devanado sin espaciar mas eficiente que con alambre esmaltado porque el espesor del algodón produce un pequeño espaciado efectivo entre espiras. Para frecuencias inferiores a 1500 Kc/s., se prefiere el llamado alambre Litz. Sin embargo para frecuencias superiores a los 500Kc/s, la diferencia respecto al alambre macizo es tan pequeña, que

muy pocas veces se lo usa por encima de aproximadamente 500Kc/s. Para frecuencias por debajo de los 500Kc/s., se usan generalmente bobinados en capas, para aprovechar el espacio, aunque al hacerlo así, se reduce algo del Q. Si se desea una eficacia grande, es importante proteger las bobinas devanadas sobre las formas que podrían absorber humedad, con una capa de barniz aislante de bajas pérdidas. Esto es especialmente importante con bobinas devanadas con alambre con doble capa de algodón. Por lo general, es deseable que las bobinas tengan un Q alto., aunque esto último no siempre es cierto. Se define el ancho de banda de un circuito resonante, como la gama de frecuencias dentro de la cual la tensión sobre el capacitor, no sea inferior al 70,7% de su valor en resonancia. Está determinado por el Q del circuito de acuerdo a las siguientes relaciones:

Donde:

Al conectar un circuito resonante en un circuito real, el Q efectivo se reduce por lo menos en un 50%; por lo tanto pueden usarse bobinas con un Q de hasta 100 en las etapas de r.f. de los receptores de radiodifusión, sin un corte excesivo de las bandas laterales. Con transformadores de doble sintonía, el ancho de banda deseado, el acoplamiento entre bobinas, el número de etapas y otras variables, todas, afectan el Q óptimo del inductor. Como guía aproximada, en los transformadores de f.i. de 455Kc/s. se usan a

menudo, bobinas con un alto Q de alrededor de 50.En frecuencias por encima de la banda de radiodifusión, muchas veces el Q de las bobinas usadas en los receptores y transmisores de baja potencia está determinado por el espacio disponible. Sin embargo en los circuitos tanque de salida de los trasmisores son necesarios inductores grandes, de Q elevado, pués de otra manera se sobrecalentarían, a veces hasta el extremo de fundir las soldaduras de conexión y/o dañar la forma de la bobina. Otro caso donde es deseable un Q muy alto, es el de las bobinas de carga usadas en las antenas móviles, porque las pérdidas en ellas, son las que determinan la eficiencia de dichas antenas. En la tabla N° 1, puede verse una lista de algunas bobinas típicas y se indica el valor del Q como una guía sobre lo que puede esperarse de ellas.

Bobinas sintonizadas a permeabilidad. Es bien sabido que un inductor devanado sobre un núcleo de hierro pulverizado tendrá una inductancia mayor que uno de las mismas dimensiones, devanado al aire. En bajas frecuencias el núcleo de hierro pulverizado permite obtener una inductancia elevada en un espacio

reducido. En estas frecuencias puede también pasarse un anillo de hierro pulverizado sobre la bobina para aumentar aún mas la inductancia y reducir el acoplamiento con otros elementos del circuito. Lamentablemente todos los núcleos de hierro pulverizado tienen pérdidas, las que aumentan con la frecuencia y, en consecuencia, siempre hay una frecuencia más allá de la cual al colocar un núcleo en una bobina es más lo que aumentan las pérdidas que lo que aumenta la inductancia. Así para alta frecuencia, es necesario reducirla relación entre el hierro y el aglutinante aislante en el núcleo para disminuir las pérdidas. Esto reduce la permeabilidad desde más de 100, para núcleos de frecuencias bajas, a menos de 5 para para núcleos diseñados para frecuencias de 100Mhz. ó superiores. Esto limita el incremento de inductancia que es posible obtener en frecuencias altas con nucleos de hierro pulverizado.

A menudo se usan núcleos móviles para variar la frecuencia de las bobinas. Este sistema se usa en los transformadores de f.i.sintonizados por permeabilidad, bobinas de linealidad pta TV. y aún para reemplazar a los capacitores variables en los dispositivos de sintonía de los receptores de onda corta y larga. Para el trabajo en frecuencias altas, la característica mas

interesante de las formas con sintonía por permeabilidad es la posibilidad de ajustar la inductancia al valor mas exacto deseado. Las existentes en el comercio permiten variar la inductancia de un 10% a un 50%. El porcentaje exacto depende de la relación entre el diámetro del núcleo y el de la bobina, de la relación entre el largo y el diámetro y la permeabilidad del núcleo. Existen fórmulas que permiten calcularlos, pero en general da mejor resultado calcular el número de espiras para una inductancia ligeramente menor que la deseada, con el núcleo tan afuera como sea posible. Luego puede introducirse hasta obtener el valor excato de la inductancia requerida. Hasta cerca de 100Mhz, el Q de las bobinas devanadas sobre este tipo de formas es poco afectado por la posición del núcleo, aunque por lo general aumenta ligeramente al introducir el núcleo en el inductor. Se supone que se usa la bobina dentro del rango de frecuencias para la cual fué diseñado el núcleo. En el extremo superior de un rango, en Q puede disminuír al introducir el núcleo. Hay que hacer notar que lo antedicho es cierto solamente, cuando se usan núcleos de baja pérdida diseñados para el rango de frecuencias especificado.Para frecuencias por encima de los 100Mhz., cualquier núcleo de hierro pulverizado tiene muchas pérdidas. Ademas la inductancia requerida suele ser tan pequeña que cualquier incremento puede ser perjudicial, de ahí que a menudo se usen núcleos de cobre ó de latón en lugar de hierro. Estos núcleos producen una disminución de la inductancia, de la misma magnitud que el incremento provocado por un núcleo de hierro de dimensiones semejantes. Siempre disminuyen algo el Q de la bobina, pero las pérdidas pueden hacerse mínimas plateando el núcleo. Puede usarse cobre o latón para cualquier precuencia, pero su mayor utilidad la tienen en frecuencias altas. En la parte inferior de la Tabla 1., hay datos ilustrativos sobre el comportamiento de las bobinas con sintonía a permeabilidad de diferentes dimensiones y en varias frecuencias.

La tabla también puede usarse como referencia para darse una ídea sobre el valor del Q de las bobinas convencionales de estas dimensiones, pués estas unidades fueron diseñadas para permitir una variación moderada de la inductancia sin alterar practicamente las otras características de los inductores.

Blindaje.

En síntesis,cada vez que se tenga dos inductancias, sintonizadas a la misma frecuencia, en circuitos diferentes, pero muy próximas una a la otra, es necesario blindar por lo menos una de ellas, para evitar el acoplamiento mutuo (mejor blindar las dos). Las pérdidas que se producen en el blindaje al introducir la bobina en un circuito son mínimas, si éste blidaje es de tamaño adecuado, de manera que ninguna parte del inductor esté a una distancia del blinaje menor que la mitad del diámetro del inductor en sí. En estas condiciones la inductancia de la bobina se reducirá aproximadamente en un :

10% L/D = o,5 ; 13% L/D = 1 ; 17% L/D = 2.

Donde: L = longitud. y D = diámetro. Un blindaje menor aumentará indebidamente las pérdidas y disminuíra mas la inductancia. Como caso extremo, un blindaje que sea mayor que el diámetro de la bobina en sólo un 10% reducirá la inductancia en un 70% a 85%. El Primer paso al construír una bobina será determinar la inductancia requerida. En un circuito resonante este valor de la frecuencia y de la capacitancia, según la fórmula:

Una Bobina para onda larga debe resonar a 1650 Mhz. con el capacitor de sintonía al mínimo. En estas condiciones la capacidad es aproximadamente de 50uuF. Resolviendo la ecuación con estos datos, obtenemos para L un valor de aproximadamente 185uH. Para calcular las dismensiones de una bobina de 185uH, elegimos arbitrariamente un diámetro de 38mm y una longitud de 51mm y resolvemos la ecuación (2).

Según la tabla 2 vemos que 98 espiras de alambre esmaltado N° 28 espaciadas 2/3 de su diámetro, ó 94 espiras de alambre N°28 con doble capa de algodón llenarán la longitud requerida.

Rara vez se produce mucha diferencia en el resultado al cambiar ligeramente el calibre del alambre, si se mantienen constantes el número de espiras y la longitud de la bobina. Sin embargo, con devanados a espiras juntas, aún un pequeño cambio en el tamaño del alambre puede provocar una variación apreciable de la inductancia. Entonces, cuando sea necesario usar un alambre diferente al indicado en una tabla de bobinas, es aconsejable calcular la inductancia de la bobina original y luego diseñar una nueva con la ayuda de las ecuaciones (1) y (2). A igualdad de las demás características, las bobinas mas eficientes son las que tienen espiras espaciadas y están devanadas al aire. Sin embargo son bastantes delicadas si el alambre es muy fino.El poliestireno tiene pérdidas apenas mayores que el aire, y una bobina devanada sobre una forma de poliestireno de poco espesor será tan eficiente como una de las mismas dismensiones bobinadas al aire. Probablemente el "Teflón", será aún mejor que el polietireno, pero es de mayor costo. Desgraciadamente el poliestireno no puede usarse donde la temperatura sobrepase los 70 grados centígrados. Además,dado que, no es mecánicamente estable, no puede usarse en circuitos críticos, donde se requiera una frecuencia exacta y constante. Se recomienda el uso de formas cerámicas, en los casos donde se requiera la máxima estabilidad eléctrica y mecánica y donde la alta temperatura (lo mas crítico)dañaría otros tipos de aislación.

Las formas hechas de otros materiales, tendrán perdidas mayores que las mencionadas, pero la diferencia de eficiencia entre una bobina devanada sobre una forma de bajas pérdidas o otra devanada sobre una forma de medianas pérdidas es en general pequeña para frecuencias de hasta 15 Mhz. Esto se debe a que las pérdidas en la forma, rara vez constituyen mas del 20% de las pérdidas totales de la bobina. Bobinas con derivaciones.(Comentarios) Las bobinas con derivaciones, frecuentemente usadas en los equipos de radioaficionados presentan algunos problemas especiales. Primero, las derivaciones siempren reducen un poco la eficiencia de la bobina, pero no es mucho si se compara con las ventajas que presenta la conmutación de bandas y la reducción de espacio que permiten las bobinas con derivaciones. Las pérdidas pueden reducirse al mínimo considerando lo siguiente. En las frecuencias mas altas, las espiras en cortocircuito actúan como una capacidad en paralelo con las espiras activas. Esto reduce el número de vueltas activas necesarias para llegar a una frecuencia dada. Además, cuando se cortocircuita la mayor parte de la bobina, el factor de forma del resto, es bastante pobre. Por estas razones, rara vez se usa una sola bobina con derivaciones para cubrir un rango de frecuencias de mas de seis a una. Es costumbre de los aficionados usar una bobina separada para la banda de 28Mhz, en serie con una bobina con derivaciones mayor para las bandas de 2l a 3,5 Mhz. Las derivaciones que después no utiliza se conectan entre sí. A veces la parte cortocircuitada de una bobina con derivaciones resuena a frecuencias superiores. Moviendo la derivación, se lleva la resonancia a una frecuencia en la que no moleste. Las derivaciones en las bobinas devanadas sobre formas, pueden hacerse mientras se devana, doblando el alambre sobre sí mismo, algunos centìmetros y retorciéndolo, dos o tres veces,después de los cual se continúa con el bobinado. En las bobinas devanadas al aire, pueden sacarse derivaciones muy facilmente, haciendo simplemente un ganchito en el extremo del alambre y soldándolo con estaño antes de cumplir la vuelta. Al efectuar la soldadura, hay que cuidar que no caiga fundente ni estaño en la forma.

12.3

CIRCUITOS RL

Los circuitos RL son aquellos que contienen una bobina (inductor) que tiene autoinductancia, esto quiere decir que evita cambios instantáneos en la corriente. Siempre se desprecia la autoinductancia en el resto del circuito puesto que se considera mucho menor a la del inductor.

Para un tiempo igual a cero, la corriente comenzará a crecer y el inductor producirá igualmente una fuerza electromotriz en sentido contrario, lo cual hará que la corriente no aumente. A esto se le conoce como fuerza contraelectromotriz. Esta fem está dada por: V = -L (inductancia) dI/dt Debido a que la corriente aumentará con el tiempo, el cambio será positivo (dI/dt) y la tensión será negativa al haber una caída de la misma en el inductor. Según kirchhoff:

V = (IR) + [L (dI / dt)]

IR = Caída de voltaje a través de la resistencia. Esta es una ecuación diferencial y se puede hacer la sustitución: x = (V/R) – I

es decir;

Sustituyendo en la ecuación: 0 dx/x = - (R/L) dt

dx = -dI

x + [(L/R)(dx/dt)] =

Integrando:

ln (x/xo) = -(R/L) t

Despejando x:

x = xo e –Rt / L

Debido a que

xo = V/R

El tiempo es cero , y corriente cero V/R e –Rt / L

V/R – I =

I = (V/R) (1 - e –Rt / L) El tiempo del circuito está representado por  = L/R I = (V/R) (1 – e – 1/) Donde para un tiempo infinito, la corriente de la malla será I = V/R. Y se puede considerar entonces el cambio de la corriente en el tiempo como cero. Para verificar la ecuación que implica a  y a I, se deriva una vez y se reemplaza en la inicial: dI/dt = V/L e – 1/ Se sustituye: dt)]

V = (IR) + [L (dI /

V = [ (V/R) (1 – e – 1/)R + (L V/ L e – 1/)] V – V e – 1/ = V – V e – 1/

OSCILACIONES EN UN CIRCUITO LC Cuando un condensador se conecta a un inductor, tanto la corriente como la carga den el condensador oscila. Cuando existe una resistencia, hay una disipación de energía en el sistema porque una cuanta se convierte en calor en la resistencia, por lo tanto las oscilaciones son amortiguadas. Por el

momento, se ignorará la resistencia.

En un tiempo igual a cero, la carga en el condensador es máxima y la energía almacenada en el campo eléctrico entre las placas es U = Q2máx/(2C). Después de un tiempo igual a cero, la corriente en el circuito comienza a aumentar y parte de la energía en el condensador se transfiere al inductor. Cuando la carga almacenada en el condensador es cero, la corriente es máxima y toda la energía está almacenada en el campo eléctrico del inductor. Este proceso se repite de forma inversa y así comienza a oscilar. En un tiempo determinado, la energía total del sistema es igual a la suma de las dos energías (inductor y condensador): U = Uc + UL U = [ Q2/(2C) ] + ( LI2/2 ) 12.4INTRODUCCIÓN Circuito eléctrico: es el trayecto o ruta que recorre una corriente eléctrica por un conductor. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz (fem)que transporta la corriente de electrones por el circuito. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. cortocircuito: es un circuito en el que se efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia apreciables, entre los

terminales de la fuente de fuerza electromotriz,ósea su resistencia tiende a cero.

SIMBOLOS MAS COMUNES DE UN CIRCUITO ELECTRICO

LEY DE OHM

La corriente que fluye por un circuito eléctrico sigue varias leyes definidas. La primera ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm dice:

Que la cantidad de corriente que circula por un conductor, una resistencia o un circuito formado por resistencias puras, es directamente proporcional a la tensión o fuerza electromotriz aplicada a sus bornes, y es inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse matemáticamente, mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en Amperios, V la Tensión en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias. FORMULA BÁSICA PARA APLICAR LA LEY DE OHM

E IxR Aprendiendo a despejar! Si observas los colores y Teniendo en cuenta que si despejamos E serà igual a I x R, luego si despejamos R serà igual a E/I, por ultimo si despejamos I serà igual a E/R.

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Circuito en serie: es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación en circuitos paralelos, ósea el terminal del último componente esta unido o soldado electricamente al primero del siguiente. Cuando en un circuito hay dos o más resistencias en serie,

la Resistencia Total se calcula sumando los valores de dichas resistencias. FÓRMULA: RT= R1+R2+R3...............+infinitas Resistencias.

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Circuito en paralelo: Es dónde los dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas incandescentes o las celdas de una batería, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las resistencias implicadas. En los circuitos de CA, o circuitos de corrientes variables, deben considerarse otros componentes del circuito además de la resistencia. Si las resistencias están en paralelo, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula.

CORRIENTE ALTERNA 1.0.- INTRODUCCIÓN.

La corriente alterna se muestra algo más compleja a la hora de lidiar con nuestros protagonistas. Vamos a estudiar en profundidad el comportamiento de los componentes denominados pasivos cuando actúan en circuitos alimentados con corriente alterna. La corriente alterna, tal y como se ha visto anteriormente, es aquella que varía su polaridad de forma regular. No debemos confundir la corriente alterna con la corriente pulsatoria. Esta última puede responder a una forma ciertamente no muy constante pero queda claro que no varía su polaridad de forma alterna. El componente más pasivo de los que hemos visto hasta ahora es, sin lugar a dudas, la resistencia que, sin embargo, no va a ser el componente estrella de este apartado ya que las variaciones de polaridad no influyen demasiado en el comportamiento electrónico de la misma.

Antes de continuar, no podemos hablar de efectos de resistencia, inductancia y capacidad puros, sino más bien de efectos simultáneos. A la hora de enfrentarnos a la corriente alterna tenemos que empezar a considerar seriamente que una bobina no es solo una inductancia sino que también posee cierta cantidad de resistencia óhmica. Por esta razón, y a partir de ahora, cuando veamos una L en un circuito debemos pensar que estamos ante un componentes que en realidad debe representarse como L+R.

El mismo criterio rige para los condensadores. Cada vez que tengamos un condensador delante debemos acostumbrarnos a ver un C+R.

Para circuitos de corriente alterna, a la resistencia que ofrece un condensador al paso de la corriente eléctrica se le denomina reactancia capacitiva, mientras que a la resistencia que ofrece una bobina a la CA se le denomina reactancia inductiva. Su representación es, respectivamente, XC y XL.

12.7

Circuitos L-R-C En un circuito L-R-C en serie la segunda ley de Kirchhoff establece que la suma de las caídas de tensión a través de un inductor, una resistencia y un capacitor es igual a la tensión aplicada

. Sabemos que

 

La caída de tensión a través de un inductor es La caída de tensión a través de la resistencia es



La caída de tensión a través de un capacitor es

. . , pero como

con lo cual la caída de tensión a través de un capacitor esta dada por

donde es la corriente y , y son constantes conocidas como: la inductancia, la resistencia y la capacitancia, respectivamente.

Figura 1.13 De lo anterior obtenemos que la corriente en un circuito como el de la figura1.13 satisface la ecuación integrodiferencial

la cual podemos resolver aplicando transformada de Laplace. Ejemplo Determine la corriente

en un circuito L-R-C en serie para el cual

L=0.1H (Henrios), R=20

(Ohms), C=

La tensión

F (Faradios) y

aplicada al circuito es la que se muestra en la

.

figura 1.13.

Figura 1.14 Solución Puesto que la función se anula para

, se puede escribir como

con lo cual la ecuación diferencial que modela este circuito es

Y al aplicar la transformada a ambos lados de la ecuación anterior, obtenemos que

de donde obtenemos que

Usando fraciones parciales tenemos que

y al aplicar la transformada inversa

Subsecciones 

Circuito RLC

Sistemas de ecuaciones diferenciales

En electrodinámica un circuito RLC es un circuito lineal que contiene una resistencia eléctrica, una bobina (inductancia) y un condensador (capacitancia). Existen dos tipos de circuitos RLC, en serie o en paralelo, según la interconexión de los tres tipos de componentes. El comportamiento de un circuito RLC se describen generalmente por una ecuación diferencial de segundo orden (en donde los circuitos RC o RL se comportan como circuitos de primero orden). Con ayuda de un generador de señales, es posible inyectar en el circuito oscilaciones y observar en algunos casos el fenómeno de resonancia, caracterizado por un aumento de la corriente (ya que la señal de entrada elegida corresponde a la pulsación propia del circuito, calculable a partir de la ecuación diferencial que lo rige).

Circuito sometido a un escalón de tensión [editar] Si un circuito RLC en serie es sometido a un escalón de tensión

, la ley de las mallas impone la relación:

Introduciendo la relación característica de un condensador:

Se obtiene la ecuación diferencial de segundo orden:

Donde:

       

E es la fuerza electromotriz de un generador, en voltios (V); uC es la tensión en los bornes de un condensador, en voltios (V); L es la inductancia de la bobina, en henrys (H); i es la intensidad de corriente eléctrica en el circuito, en amperios (A); q es la carga eléctrica del condensador, en coulombs (C); C es la capacidad eléctrica del condensador, en farads (F); Rt es la resistencia total del circuito, en ohmios (Ω); t es el tiempo en segundos (s)

En el casos de un régimen sin pérdidas, esto es para

Donde:



T0 el periodo de oscilación, en segundos;

, se obtiene una solución de la forma:



φ la fase en el origen (lo más habitual es elegirla para que φ = 0)

Lo que resulta:

Donde

es la frecuencia de resonancia, en hercios (Hz).

Circuitos sometidos a una tensión sinusoidal

[editar]

La transformación compleja aplicada a las diferentes tensiones permite escribir la ley de las mallas bajo la forma siguiente:

siendo, introduciendo las impedancias complejas:

La frecuencia angular de resonancia en intensidad de este circuito ω0 es dada por:

Para esta frecuencia la relación de arriba se convierte en:

y se obtiene:

Circuito RLC en paralelo [editar]

Circuito RLC en paralelo.

ya que

Atención, la rama C es un corto-circuito: no se pueden unir las ramas A y B directamente a los bornes de un generador E, se les debe adjuntar una resistencia. Las dos condiciones iniciales son:





conserva su valor antes de la puesta en tensión (porque la inductancia se opone a la variación de corriente).

conserva su valor antes de la puesta en tensión

Circuito sometido a una tensión sinusoidal

.

[editar]

La transformación compleja aplicada a las diferentes intensidades proporciona:

Siendo, introduciendo las impedancias complejas:

siendo : La frecuencia angular de resonancia en intensidad de este circuito ω0 es dada por:

Para esta frecuencia la relación de arriba se convierte en:

y se obtiene:

Utilización de los circuitos RLC [editar] Los circuitos RLC son generalmente utilizados para realizar filtros de frecuencias, o de transformadores de impedancia. Estos circuitos pueden entonces comportar múltiples inductancias ycondensadores: se habla entonces de "red LC". Un circuito LC simple es denominado de segundo orden porque su función de transferencia comporta un polinomio de segundo grado en el denominador.

Véase también

Transformador

Transformador

Pequeño transformador eléctrico

Tipo

Pasivo

Principio de

Inducción electromagnética

funcionamiento

Fecha de invención

Zipernowsky, Bláthy y Deri (1884)

Primera producción

En 1886

Símbolo electrónico

Configuración

Dos terminales para el bobinado primario y dos para el bobinado secundario o tres si tiene tap o toma central

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Funcionamiento [editar]

Representación esquemática del transformador.

Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.

Relación de Transformación [editar] Artículo principal: Diseño de transformadores.

La relación de transformación indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores. Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación. Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

Historia [editar]

Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de la unidad.

Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción [editar] El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético. La primera "bobina de inducción" fue inventada por el sacerdote Nicholas Joseph Callan en la Universidad de Maynooth en Irlanda en 1836. Callan fue uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el aumento de la tensión eléctrica. Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de inducción para obtener mayores tensiones en las baterías. En lugar de corriente alterna (CA), su acción se basó en un "do&break" mecanismo vibrador que regularmente interrumpía el flujo de la corriente directa (DC) de las baterías. Entre la década de 1830 y la década de 1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción, en su mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de las Corrientes”, y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfaron sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que mantienen desde entonces. En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación basado en un conjunto de bobinas de inducción en el cual el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podían conectarse a varias lámparas de arco, de su propio diseño. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La patente alegó que el sistema podría, “proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminación con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”. En 1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de ingeniería para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría. En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecía un sistema que constaba de dos lámparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios. En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un núcleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendieron la idea a la compañía estadounidense Westinghouse Electric. También este sistema fue expuesto en Turín, Italia en 1884, donde fue adoptado para el sistema de alumbrado eléctrico.

El nacimiento del primer transformador

[editar]

Entre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Zipernowsky, Bláthy y Deri de la compañía Ganz crearon en Budapest el modelo “ZBD” de transformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la fórmula matemática de los transformadores:

Donde: (Vs) es la tensión en el secundario y (Ns) es el número de espiras en el secundario, (Vp) y (Np) se corresponden al primario. Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra "transformador", una palabra que había sido acuñada por Bláthy Ottó. En 1885, George Westinghouse compro las patentes del ZBD y las de Gaulard y Gibbs. Él le encomendó a William Stanley la construcción de un transformador de tipo ZBD para uso comercial. Este diseño se utilizó por primera vez comercialmente en 1886.

Otra información de interés [editar]

Transformador de tres fases.

El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de América. En ese mismo año, la electricidad se transmitió a 2.000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeña aplicación inicial, la industria eléctrica en el mundo, ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador. El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de un ruptor movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con muchas más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un chispómetroconectado a sus extremos. También da origen a las antiguas bobinas de ignición del automóvil Ford T, que poseía una por cada bujía, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta.

Tipos de transformadores [editar] Según sus aplicaciones [editar] Transformador elevador/reductor de tensión [editar]

Un transformador con PCB, como refrigerante en plena calle.

Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. La mayoría de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan. Este es el caso de las fuentes de poder de equipos de audio, video y computación.

Transformadores variables [editar] También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.

Transformador de aislamiento [editar] Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1 entre las tensiones del primario y secundario. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red y también para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y donde se necesitan tensiones flotantes.

Transformador de alimentación [editar] Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.

Transformador Flyback moderno.

Transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

Transformador trifásico [editar] Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.

Transformador de pulsos [editar] Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia.

Transformador de línea o Flyback [editar] Artículo principal: Transformador Flyback.

Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.

Transformador diferencial de variación lineal [editar] Artículo principal: Transformador diferencial de variación lineal.

El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo. Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.

Transformador con diodo dividido [editar] Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Transformador de impedancia [editar] Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en losamplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².

Estabilizador de tensión [editar] Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.

Transformador híbrido o bobina híbrida [editar] Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.

Balun [editar] Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.

Transformador electrónico [editar] Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.

Transformador de frecuencia variable [editar] Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

Transformadores de medida [editar] Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.

Según su construcción [editar]

Pequeño transformador con núcleo toroidal.

Como caracterizar un núcleo toroidal.

Transformador de grano orientado.

Autotransformador [editar] Artículo principal: Autotransformador.

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

Transformador con núcleo toroidal [editar] El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Transformador de grano orientado [editar] El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

Transformador de núcleo de aire [editar] En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

Transformador de núcleo envolvente [editar] Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.

Transformador piezoeléctrico [editar] Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de LED y TFT usados en computación y en televisión.

Física Electricidad y electrónica Transformadores Física/Electricidad y electrónica/Transformadores

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto de nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre sí eléctricamente por lo general arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

Relación de Transformación [editar] La relación de transformación (a) nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador.

Donde: (Np) es el número de espiras del devanado primario, (Ns) es el número de espiras del devanado secundario, (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida.

Clasificacion de transformadores [editar] Transformadores elevadores [editar] Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno.

Transformadores variables [editar] Estos transformadores son en realidad autotransformadores, los cuales debido a su construcción y características pueden ofrecer diferentes valores de voltaje a su salida, ajustando su perilla principal; no asi para su valor de corriente la cual es fija y determinada por el calibre del alambre magneto ( generalmente de cobre ) con el cual fue construido. El nombre Variack viene de una marca norteamericana de gran auge sin embargo no es correcto denominarlos de esta forma