Un transformador es un
dispositivo eléctrico que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro.
La transferencia, o acoplamiento, viene acompañada usando inducción. Una
corriente en los devanados primarios crean un flujo magnético diverso en el
núcleo del transformador y- así crea un campo magnético diverso en los
devanados del secundario. Aparte de algunos casos especiales, no hay conexión
entre los primeros devanados, el primario, y los devanados secundarios.
En muchos casos, la propiedad
(capacidad) de transferir energía eléctrica se usará para obtener un nivel más
alto o más bajo de voltaje.
Los transformadores se fabrican
en diferentes tipos y rangos de potencia, desde unos pocos VA a unos pocos MVA.
Aunque generalmente son más caros que los autotransformadores o transformadores
con devanados separados convencionales, pueden ser más útiles en muchos modos,
por ejemplo:
- Proteger a las personas contra choques eléctricos.
- Evitar las pérdidas de potencia después de un primer fallo de aislamiento.
- Proteger equipos sensibles del ruido eléctrico.
- Crear un punto de estrella para un equipo.
El voltaje inducido en los
devanados del secundario está en proporción directa con el voltaje primario y
viene determinado por el ratio del número de vueltas en el secundario (ns)
respecto al número de vueltas en el primario (np) como sigue:
Los transformadores eléctricas
pueden ser configurados como monofásicos o trifásicos; dispositivos de tipo
seco o rellenos de aceite. Se usan para aplicaciones muy diferentes, incluyendo
control, distribución, instrumentación, corriente y transformadores de potencia
entre otros. Hay también muy diferentes posibilidades de montaje.
El caso especial donde hay
conexión entre los devanados primario y secundario se denomina
autotransformador. Hay sólo un devanado, y una parte de este devanado es común
tanto en los circuitos primarios como secundarios.
El autotransformador generalmente se usará
como una conversión de voltaje de la alimentación local a otro valor de voltaje
que se requiere para una pieza o equipo particular (step-up o step-down).
Aunque hay algunos beneficios en
el uso del autotransformador, es obvio que hay también muchas desventajas,
tales como el hecho de que no hay aislamiento entre los devanados primario y
secundario y tampoco hay aislamiento para las perturbaciones o interferencias
que vienen del primario.
Transformadores de aislamiento
Usualmente los transformadores
eléctricos se usan para transformar el voltaje desde un nivel más alto a un
voltaje más bajo. Hacen poco para atenuar el paso de ruido o transitorios desde
el primario al secundario.
Los transformadores pueden
también usarse para cambiar la impedancia del circuito eléctrico para reducir
la corriente de cortocircuito o proporcionar aislamiento galvánico entre dos
sistemas.
En teoría, la definición del
“transformador de aislamiento” se aplica a cualquier transformador donde no hay
conexión directa entre los devanados primario y secundario. Los devanados se
conectan sólo por el núcleo magnético en el núcleo.
Sin embargo, cuando sólo hay una
separación básica entre los devanados primarios y secundarios, hablaremos de
transformador de separación.
El aislamiento entre los
devanados primario y secundario proporciona un grado de protección contra el choque
eléctrico que es equivalente a un aislamiento básico.
El aislamiento básico es el
aislamiento requerido para asegurar la operación apropiada del equipo de las
instalaciones eléctricas y para la protección fundamental contra el choque
eléctrico.
Esta separación limitará los
riesgos en el caso de contacto simultáneo accidental con la parte conductiva
expuesta y las partes vivas o partes metálicas que pueden llegar a ser vivas en
el evento de un fallo de aislamiento.
Ventajas de los transformadores de aislamiento
Los transformadores de
aislamiento pueden ser usados para proteger a las personas contra los peligros
de los choques eléctricos. Los transformadores de aislamiento pueden bloquear
la transmisión de señales de corriente continua de un circuito a otro, pero
permiten pasar las señales AC. También bloquean la interferencia causadas por
los bucles de tierra. Los transformadores de aislamiento con pantallas
electrostáticas se usan para suministrar potencia a equipos sensibles tales
como los equipos médicos, ordenadores o instrumentos de medición de
laboratorios de precisión.
Hay dos formas de introducir el
equivalente del doble aislamiento:
- Poniendo una pantalla de seguridad metálica (usualmente cobre) entre los devanados primario y secundario y conectándolo a tierra (tierra de protección). Éste puede ser otro devanado o una lámina metálica rodeando el devanado. Si el aislamiento se rompe, la electricidad fluye a la tierra, proporcionando la seguridad requerida. La pantalla atenuará o filtrará los golpes de voltaje y en gran manera reducirá el acoplamiento de ruido en modo común disminuyendo el acoplamiento capacitivo.
- Usando aislamiento reforzado. Este tipo de aislamiento está hecho de múltiples capas. Todas las capas deben pasar pruebas requeridas por los estándares establecidos. Si una capa se rompe, la siguiente capa proporciona la seguridad requerida.
Normalmente, estos
transformadores tienen una corriente de pérdidas más baja que la usada en una
pantalla.
Ruido eléctrico:
Modo común: Entre el conductor
que transporta corriente y tierra, incluyendo el neutro.
Modo normal: Entre los dos
constructores transportando corriente, incluyendo línea a neutro.
Los transformadores de
aislamiento se usan mayormente en un ratio uno-a-uno (el valor de voltaje
primario es igual al valor de voltaje secundario). Los dos devanados tendrán el
mismo número de vueltas. Puede haber una diferencia ligera en el número de
vueltas para compensar pérdidas; de otra forma, el voltaje secundario será
ligeramente menor que el voltaje primario.
Aplicaciones
Veamos ahora unos pocos casos
donde el uso de un transformador de aislamiento es una posibilidad o está
recomendado.
Los transformadores de
aislamiento se usarán principalmente para proteger a las personas frente a
choques eléctricos y como fuente de energía para equipos sensibles
(computadores, equipos médicos, equipos de laboratorio, etcétera).
Los transformadores de
aislamiento a menudo se usan para aislar la máquina o equipo del resto de la
instalación eléctrica, para evitar pérdidas de potencia en el caso de fallo de
aislamiento.
Ya que no hay trayectoria de
retorno a la fuente (el devanado secundario del transformador), en el evento de
un fallo, no habrá corriente de fallo y ningún dispositivo de protección
cortará el suministro. Aparte de ser perjudicial para las personas tocar las
partes conductoras, el primer fallo no causará peligro pero tampoco cortará la
alimentación. Aparte de ser perjudicial para las personas tocando las partes
conductivas, un primer fallo no causará peligro pero tampoco cortará la
alimentación.
Otra aplicación del transformador
de aislamiento es crear un punto de estrella en las redes que no tienen tales
puntos.
Bastantes pocas aplicaciones
necesitan el punto neutral para propósitos de control. Cuando se instala tal
máquina en una red sin punto de estrella, el remedio obvio es instalar un
transformador de aislamiento.
Bibliografía:
Application note isolation transformers. Paul
De Potter. September 2011. European Copper Institute.
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