Los transformadores eléctricos son un elemento clave en el desarrollo de la industria eléctrica. Gracias a ellos se pudo realizar, de una manera práctica y económica, el transporte de energía eléctrica a grandes distancias. Un transformador eléctrico es una máquina estática de corriente alterna que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.
Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada en magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones deseadas, en el devanado secundario.
El primer transformador eléctrico fue construido por Michael Faraday, en 1831, cuando se disponía a llevar a cabo los experimentos en los que posteriormente descubriría la inducción electromagnética. Los elementos que usó fueron dos bobinas enrolladas, una sobre la otra. Al variar la corriente que pasaba por una de ellas, cerrando o abriendo el interruptor, el flujo magnético -a través de la segunda bobina- variaba y se inducía una corriente eléctrica.
Con el pasar de los años, varios fueron los científicos que llevaron a cabo experimentos con distintas versiones de este primer transformador inventado por Faraday
Componentes del transformador eléctrico
Los transformadores están compuestos por diferentes elementos entre los que destacan como principales el núcleo y los devanadores.
El núcleo de los transformadores está formado por chapas de acero al silicio aisladas entre ellas. Están compuestos por dos partes principales: las columnas, que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir el flujo magnético, ya que es un gran conductor.
Por su parte el devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de sus extremos y recubierto por una capa aislante, que suele ser barniz. Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de vueltas del hilo de cobre entre el devanado primario y el secundario indicará la relación de transformación. El nombre de primario y secundario es algo simbólico: por definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario y donde obtengamos la tensión de salida será el secundario.
Funcionamiento de los transformadores eléctricos
Los transformadores se basan en la inducción electromagnética. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza electromagnética en el devanado secundario.
Tipos de transformadores eléctricos
Existen tres tipos de transformadores, dependiendo de la aplicación son seleccionados e instalados.
El transformador se fabrica en materiales que soportan las condiciones de intemperie, así como con características específicas de construcción para el tanque que contiene el líquido aislante.
Transformador monofásico
Un transformador monofásico es el que tiene dos polos: fase y neutro. Está formado por dos embobinados: uno de alta y otro de baja. Es común utilizar arreglos de transformador usando dos o tres transformadores para formar un sistema bifásico o trifásico.
Transformador bifásico
El transformador bifásico tiene dos fases y un neutro, por lo que cuentan con 4 embobinados: dos de alta y dos de baja. Es común encontrarlos en instalaciones comerciales o en aplicaciones especiales.
Transformador trifásico
El transformador trifásico tiene tres fases y está formado por 6 embobinados: tres de alta y tres de baja. Este transformador típicamente se conecta en estrella o delta o cualquier combinación de ellas.
Aplicaciones de los transformadores eléctricos
Los transformadores eléctricos son elementos muy utilizados en las redes de electricidad. Una vez generada la electricidad en el generador de las centrales, y antes de enviarla a la red, se utilizan los transformadores elevadores para elevar la tensión y reducir así las pérdidas en el transporte producidas por el efecto Joule. Una vez transportada se utilizan los transformadores reductores para darle a esta electricidad unos valores con los que podamos trabajar.
Los transformadores también son usados por la mayoría de electrodomésticos y aparatos electrónicos, ya que normalmente trabajan a tensiones de un valor inferior al suministrado por la red.
Además, los transformadores eléctricos forman parte de un elemento clave en la seguridad eléctrica de los hogares: el diferencial. Este dispositivo utiliza transformadores para comparar la intensidad que entra con la que sale del hogar. Si la diferencia entre estos es mayor a 10 mA desconecta el circuito evitando que podamos sufrir lesiones.