31.8 El transformador

Anteriormente se hizo notar que cuando una corriente cambia en una espira de alambre se induce una corriente en una espira cercana. La corriente inducida se origina del campo magnetico cambiante asociado con la corriente que varia. La corriente alterna tiene una clara ventaja sobre la corriente directa y es el efecto inductivo de la corriente que varia constantemente en magnitud y en dirección. La aplicación mas frecuente de este principio esta representada por el transformador, que es un dispositivo que aumenta o disminuye el voltaje en un circuito ca.

Un transformador simple tiene tres partes esenciales: (1) una bobina primaria conectada a una fuente de ca. (2) una bobina secundaria y (3) un nucleo de hierro dulce. Al aplicar una corriente alterna a través de la bobina primaria, las líneas de flujo magnetico se mueven de un lado a otro atraves del nucleo de hierro, induciendo una corriente alterna en la bobina secundaria.

Se establece el flujo magnetico que cambia constantemente en el nucleo del transformador y pasa atraves de las bobinas primaria y secundaria. La fem &_p inducida en la bobina primaria se obtiene por medio de

&_p = -N_{p Ao/At}

Donde N_p = numero de espiras primarias

_AO/At  = rapidez con que cambia el flujo magnetico

En forma similar, la fem &_x, inducida en la bobina secundaria es

&_s = -N_{s AO/At}

Donde N_s es el número de espiras en la bobina secundaria. Puesto que el mismo flujo cambia con la misma rapidez en cada una de las bobinas, se puede dividir la primera ecuación con la ecuación anterior para obtener:

&p/&s = Np/Ns

voltaje primario/voltaje secundario = espiras primarias/espiras secundaria

El voltaje inducido esta en proporción directa al numero de espiras. Si la razón de las espiras secundarias N_s , respecto a las espiras primarias  N_p varia, entonces un voltaje de entrada (primario) puede suministrar cualquier voltaje de salida (secundario) deseado. Por ejemplo, si en la bobina secundaria hay 40 veces mas espiras que en la bobina primaria, un voltaje de entrada de 120 V incrementara el voltaje de salida en la bobina secundaria hasta 40 x 120 = 480 V. a un transformador que produce un voltaje de salida mayor se le llama transformador elevador.

 Se puede construir un transformador reductor haciendo que el numero de espiras primarias sea mayor que el numero de espiras ecundarias. Si se usa un transformador reductor se obtiene un voltaje de salida mas bajo.

El rendimiento de un transformador se define como la razón de la potencia de salida respecto ala potencia de entrada. Recuerde que la potencia eléctrica es igual al producto del voltaje por la corriente, asi que podemos escribir el rendimietno E de un tansformador como

E = potencia de salida/ potencia de entrada = &s 1s / &p 1p

Donde  I_p e I, son las corrientes de las bobinas primarias y secundarias, respectivamente. La mayoría de los transformadores eléctricos se diseñan con sumo cuidado con el propósito de lograr un redimiento extremadamente alto, en generalpor arriba del 90 por ciento.

Es importante darse cuenta de que no se obtiene ninguna ganancia de potencia como resultado de la acción del transformador. Cuando el voltaje se eleva la corriente debe disminuir., de modo que el producto &_i no aumente. Para recibir esto con mas claridad, supongamos que un determinado transformador tiene un rendimiento del 100 por ciento. En el caso de este transformador perfecto, la ecuación  anterior se cuelve

&_s I_s = &_p I_p

O bien,

1p/1s = &s/&p