Transformadores: Generalidades

El transformador es una máquina eléctrica estática, es decir no tiene órganos en movimiento, cuyo funcionamiento se funda en el principio de la inducción electromagnética (Ley de Faraday-Neumann); entonces puede funcionar solamente en régimen variable y tiene un uso fundamental con régimen sinusoidal. 

Existen transformadores monofase y trifase; refiréndose por sencillez al caso monofase, se puede afirmar que es un dispositivo de dos puertas capaces de absorver potencia con una puerta (primario) y hacerla integralmente en otra (secundario), modificando los niveles de las tensiones y de las corrientes.

El transformador tiene un gran uso en aplicaciones tanto eléctricas como electrónicas. 
Entre los usos más significativos se pueden citar los siguientes, a título de ejemplo:

Para transportar de manera económica la potencia eléctrica es necesario recorrer con líneas de transmisión que funcionan con tensiones mucho mayores como las convenientes para los generadores sea las idóneas para la distribución en sus usos. La interconexión y el cambio de potencia, entre las paredes del sistema eléctrico operantes a nivel de tensiones diferentes, se hace posible por transformadores capaces de elevar o reducir las amplitudes de las tensiones sin pérdidas significativas de potencia. Para tales applicaciones se usan transformadores trifase de gran potencia.

El nivel de tensión al cual los entes distribuidores proporcionan la energía eléctrica a los usuarios es a menudo diferente del exigido por los dispositivos que contienen en los aparatos eléctricos; también en este caso se obtiene la tensión oportuna por medio de transformadores.
En tales circuitos, especialmente electrónicos, puede ser necesario obtener el máximo de una transferencia de potencia con una carga determinada; también con este fin se puede utilizar un transformador que tiene la propiedad de realizar la adaptación de impedencia, este gran uso se lleva a cabo también para transferir potencia entre dos partes de una red eléctrica, manteniéndolas eléctricamente aisladas, se puede inteponer un transformador.

Valores nominales

Un transformador real se caracteriza por valores especificativos de tensión y de corriente, de potencia y de frecuencia, denominados valores nominales, que constituyen las magnitudes para las cuales se tiene el funcionamiento óptimo de la máquina. 
Se individuan por las cantidades reales enumeradas en la Tabla:

 U1n Tensión nominal primaria [V]
 U2n Tensión nominal secundaria [V]
 I1n Corriente nominal primaria [A]
 I2n Corriente nominal secundaria [A]
 Pn Potencia nominal [VA]
 fn Frecuencia nominal  [Hz]
 n Relación de transformación  

Los valores nominales de tensión y corriente tienen significado de valores eficaces. 
En el caso de las máquinas trifase se refieren a las tensiones concadenadas y a las corrientes de línea. Pueden ser superados solamente marginalmente (solamente por poco por un período limitado); de hecho, si se exceden las tensiones nominales se pueden causar saturación magnética y relajamientos dieléctricos de los aislamientos; si se exceden las corrientes nominales se pueden causar un excesivo recalentamiento de los bobinados y relajamientos debidos a los esfuerzos electrodinámicos. Entre los valores nominles de tensión y corriente subsisten, por definición, las relaciones:

La potencia nominal tiene significado de potencia aparente y es por lo tanto medida en VA; está ligada a las tensiones nominales de las relaciones:

transformadores monofase:
transformadores trifase:

A continuación se tratan específicamente los transformadores que tienen frecuencia nominal igual a la industrial (50 o 60 Hz) y son muy utilizados en los aparatos eléctricos y en las instalaciones industriales y civiles: son a menudo denominados transformadores de potencia; presentan potencias nominales que pueden variar en un campo muy vasto, por pocos VA y diferentes centenares de MVA.

Las pruebas sobre los transformadores

Para la determinación de las características de un transformador es necesario efectuar dos pruebas:

la prueba en vacío
la prueba con corto circuito.

La prueba en vacío tiene el fin de determinar la corriente en vacío (I0), la potencia P0 y el factor de potencia cosj
La potencia P0 representa las pérdidas en vacío del transformador, las cuales resultan de la suma de las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas en el núcleo, siendo de hecho el efecto térmico no considerable. Esta prueba se puede efectuar alimentando indiferentemente el bobinado primario o secundario del transformador, manteniendo pero el bobinado no utilizado abierto. Tal elección está en función de la tensión de alimentación disponible. 
Para la regulación de la tensión es bueno utilizar un variador de tensión con inducción. Si en el laboratorio faltara la seguridad sobre el exacto estado del valor de frecuencia y sobre la sinuoisidad de la tensión disponible, habría sido necesario introducir también l frecuencímetro y el voltímetro V . 

La prueba de corto circuito se efectúa poniendo uno de los dos boninados con corto circuito, alimentando el otro con una tensión regulable desde cero, hasta alcanzar el valor de la corriente nominal del bobinado mismo. La tensión que se exige con tal fin puede ser de la orden del 4 al 10% de la Vn del bobinado donde se efectúa la alimentación; tal tensión es definida tensión de corto circuito del transformador. En esta prueba, la entera potencia absorbida corresponde a las solas pérdidas del cobre de los dos bobinados, ya que dada la baja tensión aplicada (en la prueba con corto circuito del transformador), la corriente magnetizante, el flujo en el núcleo y las consecuentes pérdidas no se deben considerar. En tales condiciones se determina la resistencia equivalente del transformador. 
A su vez se podrán entonces determinar las variaciones de la tensión secundaria que se verifican en el paso de vacío a carga del transformador mismo. También en esa prueba es indiferente alimentar el bobinado primario o secundario. En el acto práctico es necesario tener presente que es oportuno que las corrientes en juego alcancen el valor nominal de plena carga tanto en el lado del bobinado de alimentación y en el otro cerrado con corto circuito. El primer valor servirá para la elección de los instrumentos, mientras el segundo para la elección de la sección de los cabes para usarse en las conexiones con corto circuito.