Transformador automático: ¿Qué es? (Definición, teoría y diagrama)

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

Los transformadores son dispositivos eléctricos que se utilizan para transferir energía eléctrica de un circuito a otro mediante la inducción electromagnética. El transformador automático es una variante del transformador que es capaz de ajustar su relación de transformación de forma automática según las condiciones del circuito de entrada y salida. En este artículo, se presentará la definición, teoría y un diagrama del transformador automático con el objetivo de comprender su funcionamiento y aplicaciones en la industria eléctrica.

Definición

Un transformador automático es un dispositivo eléctrico que permite transformar la energía eléctrica de un nivel de voltaje a otro nivel de voltaje, de manera automática, sin necesidad de la intervención humana. Este tipo de transformador se utiliza en la mayoría de los sistemas eléctricos de distribución de energía.

Teoría

El funcionamiento del transformador automático se basa en el principio de inducción electromagnética, el cual establece que un campo magnético variable puede generar una corriente eléctrica en un conductor cercano. El transformador automático consta de dos bobinas, denominadas primario y secundario, que están enrolladas en un núcleo de hierro laminado. El primario está conectado a la fuente de energía eléctrica, mientras que el secundario se conecta a la carga que se desea alimentar.

Cuando se aplica una corriente alterna al primario, se genera un campo magnético que induce una corriente en el secundario. La relación entre el número de vueltas del primario y del secundario determina el nivel de voltaje que se transforma. Si el número de vueltas del secundario es mayor que el del primario, se obtiene un voltaje menor en el secundario. Por el contrario, si el número de vueltas del secundario es menor que el del primario, se obtiene un voltaje mayor en el secundario.

Diagrama

A continuación, se muestra un diagrama simplificado del transformador automático:

Diagrama del transformador automático

En este diagrama, se puede observar el núcleo de hierro laminado, así como las bobinas del primario y del secundario. También se muestra la relación entre el número de vueltas de ambas bobinas, que determina el nivel de voltaje que se transforma.

Teoría

En el contexto de los transformadores eléctricos, la teoría es esencial para comprender cómo funciona un transformador automático. A continuación, se explicará detalladamente la teoría detrás del transformador automático, su definición y un diagrama.

Definición

Un transformador automático es un tipo de transformador eléctrico que se utiliza para cambiar el voltaje de corriente alterna (AC) sin cambiar la frecuencia. Estos transformadores son comúnmente utilizados en aplicaciones eléctricas de baja potencia, como en dispositivos electrónicos, aparatos de iluminación y sistemas de audio.

Teoría

La teoría detrás del transformador automático se basa en la ley de Faraday, que establece que cuando un campo magnético cambia en intensidad y dirección, se produce una corriente eléctrica en un conductor cercano. En el caso del transformador, se utiliza un núcleo de hierro forjado con dos devanados de alambre que se colocan uno al lado del otro. El devanado de entrada se conecta a la fuente de alimentación de CA, mientras que el devanado de salida se conecta a la carga.

El devanado de entrada se llama primario, mientras que el devanado de salida se llama secundario. La ley de Faraday establece que cuando se aplica una tensión alterna al devanado primario, se produce un campo magnético en el núcleo. Este campo magnético se expande y se contrae en el núcleo a medida que cambia la polaridad de la tensión alterna. Como resultado, se induce una tensión alterna en el devanado secundario.

La cantidad de voltaje inducido en el devanado secundario depende del número de vueltas en cada devanado y de la relación entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida. Si el devanado secundario tiene más vueltas que el devanado primario, el voltaje de salida será mayor que el voltaje de entrada. Por otro lado, si el devanado secundario tiene menos vueltas que el devanado primario, el voltaje de salida será menor que el voltaje de entrada.

Diagrama

A continuación, se presenta un diagrama de un transformador automático:

Diagrama de transformador automático

En este diagrama, se puede ver el núcleo de hierro forjado con los dos devanados de alambre. El devanado primario está conectado a la fuente de alimentación de CA, mientras que el devanado secundario está conectado a la carga.

Al aplicar una tensión alterna al devanado primario de un transformador, se produce un campo magnético en el núcleo que induce una tensión alterna en el devanado secundario. La cantidad de voltaje inducido en el devanado secundario depende de la relación entre el número de vueltas en cada devanado y el voltaje de entrada y salida.

Diagrama

Un diagrama es una representación gráfica de un proceso, sistema o estructura que permite visualizar de manera clara y concisa su funcionamiento y relaciones entre sus componentes. En el caso del transformador automático, el diagrama es una herramienta muy útil para entender su funcionamiento y cómo se produce la transformación de energía.

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Componentes de un diagrama de transformador automático

Un diagrama de transformador automático consta de varios elementos, los cuales se explican a continuación:

  • Núcleo: Es la parte central del transformador y está compuesto por láminas de hierro que se apilan unas sobre otras para formar un circuito magnético.
  • Primario: Es la bobina que recibe la energía eléctrica y se conecta a la fuente de alimentación.
  • Secundario: Es la bobina que entrega la energía eléctrica transformada y se conecta al dispositivo o carga que se quiere alimentar.
  • Conexiones: Son los puntos de unión entre el núcleo, el primario y el secundario.

Funcionamiento del transformador automático

El transformador automático es un dispositivo que se utiliza para transformar la energía eléctrica de un nivel de voltaje a otro nivel de voltaje, sin necesidad de utilizar partes móviles. El proceso de transformación de energía se produce gracias al fenómeno de inducción electromagnética.

En el diagrama de transformador automático, la corriente eléctrica que se aplica al primario genera un campo magnético que se transmite a través del núcleo y llega al secundario, donde se induce una corriente eléctrica. La relación entre el número de vueltas del primario y del secundario determina el nivel de voltaje que se produce en el secundario.

Por ejemplo, si el primario tiene 100 vueltas y el secundario tiene 10 vueltas, la relación de transformación será de 1:10, lo que significa que el nivel de voltaje en el secundario será 10 veces menor que el nivel de voltaje en el primario. Si el nivel de voltaje en el primario es de 220 V, el nivel de voltaje en el secundario será de 22 V.

Importancia del diagrama de transformador automático

El diagrama de transformador automático es una herramienta fundamental para entender cómo funciona este dispositivo y para poder diseñar sistemas eléctricos que lo utilicen. Además, el diagrama puede ser útil para identificar posibles fallos o averías en el transformador y para poder realizar reparaciones o mantenimientos.

Funcionamiento

Un transformador automático es un dispositivo que se utiliza para aumentar o disminuir el voltaje de la corriente eléctrica en un circuito. Su funcionamiento se basa en la teoría de la inducción electromagnética, según la cual un campo magnético variable en el tiempo induce una corriente eléctrica en un conductor cercano.

Principio de funcionamiento

El transformador automático consta de dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo de hierro. La bobina primaria se conecta a la fuente de alimentación y la bobina secundaria se conecta al circuito que se va a alimentar. Cuando se aplica una corriente alterna a la bobina primaria, se crea un campo magnético que induce una corriente alterna en la bobina secundaria. La relación entre el número de vueltas en la bobina primaria y la bobina secundaria determina la relación de voltaje entre las dos bobinas.

El voltaje en la bobina secundaria puede ser mayor o menor que el voltaje en la bobina primaria, dependiendo de la relación de vueltas. Si la bobina secundaria tiene más vueltas que la bobina primaria, el voltaje en la bobina secundaria será mayor que el voltaje en la bobina primaria. Si la bobina secundaria tiene menos vueltas que la bobina primaria, el voltaje en la bobina secundaria será menor que el voltaje en la bobina primaria.

Diagrama de un transformador automático

A continuación, se muestra un diagrama de un transformador automático:

Diagrama de un transformador automático

Ejemplo de uso de un transformador automático

Un ejemplo común de uso de un transformador automático es en la reducción del voltaje de la red eléctrica a un nivel seguro para su uso en hogares y edificios. La red eléctrica suministra voltajes de varios miles de voltios, que son demasiado peligrosos para el uso directo en los hogares. Por lo tanto, se utiliza un transformador automático para reducir el voltaje a un nivel seguro de 120 o 240 voltios.

Otro ejemplo de uso de un transformador automático es en la carga de baterías. Las baterías requieren un voltaje y corriente específicos para cargarse correctamente. Un transformador automático se utiliza para ajustar el voltaje de la corriente alterna suministrada a la batería a los valores adecuados para la carga.

Conclusión

Su funcionamiento se basa en la teoría de la inducción electromagnética y se utiliza para aumentar o disminuir el voltaje de la corriente eléctrica en un circuito. Su uso es común en la reducción del voltaje de la red eléctrica para uso en hogares y edificios, así como en la carga de baterías.

Aplicaciones

El transformador automático es un dispositivo que se utiliza para transformar la corriente eléctrica de un nivel de voltaje a otro, sin necesidad de intervención humana. Este tipo de transformador se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, tanto en la industria como en el hogar. A continuación, se describen algunas de las aplicaciones más comunes del transformador automático.

Aplicaciones en la industria

1. Control de motores: Los transformadores automáticos se utilizan para controlar la velocidad de los motores eléctricos en la industria. Al cambiar el nivel de voltaje suministrado al motor, se puede ajustar su velocidad y, por lo tanto, su funcionamiento.

2. Suministro de energía: Los transformadores automáticos se utilizan para suministrar energía eléctrica a equipos y maquinaria en la industria. Al transformar la corriente eléctrica de un nivel de voltaje a otro, se puede adaptar el suministro de energía a las necesidades específicas de cada equipo.

3. Iluminación: Los transformadores automáticos se utilizan para suministrar energía a sistemas de iluminación en la industria, como luces de emergencia o sistemas de iluminación de alta intensidad.

Aplicaciones en el hogar

1. Electrodomésticos: Los transformadores automáticos se utilizan en muchos electrodomésticos del hogar, como televisores, equipos de sonido, y otros dispositivos electrónicos. Al transformar la corriente eléctrica de un nivel de voltaje a otro, se puede adaptar el suministro de energía a las necesidades específicas de cada dispositivo.

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2. Iluminación: Los transformadores automáticos se utilizan en sistemas de iluminación del hogar, como luces de jardín, luces de seguridad, y otros sistemas de iluminación exterior.

3. Calefacción: Los transformadores automáticos se utilizan en sistemas de calefacción eléctrica, como calentadores de agua eléctricos, y otros sistemas de calefacción eléctrica en el hogar.

Desde la industria hasta el hogar, se utiliza para transformar la corriente eléctrica de un nivel de voltaje a otro, adaptando el suministro de energía a las necesidades específicas de cada aplicación.

Componentes

En un transformador automático, existen varios componentes que son esenciales para su funcionamiento. A continuación, se explicarán detalladamente cada uno de ellos:

Núcleo:

El núcleo es el componente principal del transformador, ya que es el encargado de mantener el flujo magnético en su interior. Generalmente está hecho de hierro laminado, lo que permite que se magnetice y desmagnetice con facilidad.

Bobina primaria:

La bobina primaria es la encargada de recibir la corriente eléctrica alterna y generar un campo magnético alrededor del núcleo. Esta bobina se encuentra conectada a la fuente de alimentación eléctrica.

Bobina secundaria:

La bobina secundaria es la encargada de recibir el campo magnético generado por la bobina primaria y transformarlo en corriente eléctrica alterna con un voltaje diferente al de la fuente de alimentación. Esta bobina se encuentra conectada al dispositivo que se desea alimentar.

Núcleo móvil:

El núcleo móvil es un componente que se encuentra en algunos transformadores automáticos, y su función es la de variar la distancia entre las bobinas primaria y secundaria para ajustar el voltaje de salida. Este componente se controla mediante un sistema automático que detecta la carga del dispositivo y ajusta el voltaje de salida en consecuencia.

Carcasa:

La carcasa es el componente que protege los componentes internos del transformador de posibles daños externos. Generalmente está hecha de metal o plástico resistente.

Terminales:

Los terminales son los puntos de conexión del transformador con la fuente de alimentación y el dispositivo que se desea alimentar. Generalmente son dos o tres, dependiendo del tipo de transformador.

Diagrama:

A continuación, se presenta un diagrama básico de un transformador automático:

Como se puede observar en el diagrama, la corriente eléctrica alterna entra por la bobina primaria, generando un campo magnético que es transmitido al núcleo y a la bobina secundaria. En la bobina secundaria, este campo magnético se transforma en corriente eléctrica alterna con un voltaje diferente al de la fuente de alimentación, y sale por los terminales para alimentar el dispositivo que se encuentra conectado.

Tipos

Los transformadores automáticos son dispositivos que se utilizan para cambiar el voltaje de una corriente eléctrica. Existen diferentes tipos de transformadores automáticos, cada uno con características específicas que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones.

Transformadores de núcleo de aire

Los transformadores de núcleo de aire utilizan un núcleo de aire en lugar de un núcleo de hierro para transferir la energía de un circuito a otro. Son ideales para aplicaciones de alta frecuencia, como en sistemas de radio y televisión.

Transformadores de núcleo de hierro

Los transformadores de núcleo de hierro son los más comunes y utilizados en la mayoría de las aplicaciones eléctricas. Estos transformadores tienen un núcleo de hierro laminado que permite una transferencia eficiente de energía entre los circuitos.

Transformadores de núcleo partido

Los transformadores de núcleo partido tienen dos núcleos de hierro separados en lugar de uno. Esto permite que se utilicen para aplicaciones en las que se necesita una alta corriente de entrada o de salida.

Transformadores de núcleo toroidal

Los transformadores de núcleo toroidal tienen un núcleo circular que permite una transferencia de energía más eficiente y una pérdida de energía reducida. Son ideales para aplicaciones en las que se necesita una alta eficiencia energética.

Transformadores de aislamiento

Los transformadores de aislamiento se utilizan para aislar un circuito de otro. Esto es útil en aplicaciones en las que se necesitan niveles de seguridad adicionales, como en sistemas médicos o en aplicaciones militares.

Transformadores de autotransformador

Los transformadores de autotransformador tienen un solo bobinado que se utiliza tanto para la entrada como para la salida de energía. Son más eficientes que otros tipos de transformadores, pero no proporcionan un aislamiento completo entre los circuitos.

Transformadores de distribución

Los transformadores de distribución se utilizan para distribuir la energía eléctrica a través de una red de distribución. Estos transformadores tienen una alta eficiencia energética y son ideales para su uso en aplicaciones de alta tensión.

Transformadores de potencia

Los transformadores de potencia se utilizan para cambiar la tensión de la energía eléctrica a niveles más altos o más bajos. Son utilizados en aplicaciones de alta potencia, como en redes eléctricas de alta tensión.

Al seleccionar un transformador para su uso, es importante considerar la aplicación específica y las necesidades de potencia y eficiencia energética.

Tipos

Los transformadores automáticos son dispositivos que se utilizan para cambiar el voltaje de una corriente eléctrica. Existen diferentes tipos de transformadores automáticos, cada uno con características específicas que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones.

Transformadores de núcleo de aire

Los transformadores de núcleo de aire utilizan un núcleo de aire en lugar de un núcleo de hierro para transferir la energía de un circuito a otro. Son ideales para aplicaciones de alta frecuencia, como en sistemas de radio y televisión.

Transformadores de núcleo de hierro

Los transformadores de núcleo de hierro son los más comunes y utilizados en la mayoría de las aplicaciones eléctricas. Estos transformadores tienen un núcleo de hierro laminado que permite una transferencia eficiente de energía entre los circuitos.

Transformadores de núcleo partido

Los transformadores de núcleo partido tienen dos núcleos de hierro separados en lugar de uno. Esto permite que se utilicen para aplicaciones en las que se necesita una alta corriente de entrada o de salida.

Transformadores de núcleo toroidal

Los transformadores de núcleo toroidal tienen un núcleo circular que permite una transferencia de energía más eficiente y una pérdida de energía reducida. Son ideales para aplicaciones en las que se necesita una alta eficiencia energética.

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Transformadores de aislamiento

Los transformadores de aislamiento se utilizan para aislar un circuito de otro. Esto es útil en aplicaciones en las que se necesitan niveles de seguridad adicionales, como en sistemas médicos o en aplicaciones militares.

Transformadores de autotransformador

Los transformadores de autotransformador tienen un solo bobinado que se utiliza tanto para la entrada como para la salida de energía. Son más eficientes que otros tipos de transformadores, pero no proporcionan un aislamiento completo entre los circuitos.

Transformadores de distribución

Los transformadores de distribución se utilizan para distribuir la energía eléctrica a través de una red de distribución. Estos transformadores tienen una alta eficiencia energética y son ideales para su uso en aplicaciones de alta tensión.

Transformadores de potencia

Los transformadores de potencia se utilizan para cambiar la tensión de la energía eléctrica a niveles más altos o más bajos. Son utilizados en aplicaciones de alta potencia, como en redes eléctricas de alta tensión.

Al seleccionar un transformador para su uso, es importante considerar la aplicación específica y las necesidades de potencia y eficiencia energética.

Ventajas

El transformador automático es un dispositivo que permite transformar la corriente eléctrica alterna de una determinada frecuencia y voltaje a otro nivel de voltaje sin modificar la frecuencia en el proceso. A continuación, se detallarán las ventajas que ofrece este dispositivo:

1. Eficiencia energética

El transformador automático es altamente eficiente en la transferencia de energía eléctrica. Gracias a su diseño y construcción, este dispositivo permite minimizar las pérdidas energéticas durante el proceso de transformación de voltaje. De esta manera, se consigue una mayor eficiencia energética en el uso de la electricidad.

2. Reducción de costos

El uso de transformadores automáticos permite reducir los costos en la operación de equipos eléctricos que requieren de voltajes diferentes. Al transformar la corriente eléctrica a un voltaje adecuado, se evita el uso de equipos adicionales que consumen energía y aumentan los costos de operación.

3. Seguridad

El uso de transformadores automáticos garantiza la seguridad en la operación de equipos eléctricos. Al reducir o aumentar el voltaje de la corriente eléctrica se evita el riesgo de daños a los equipos y, lo más importante, se reduce el riesgo de accidentes eléctricos en el lugar de trabajo.

4. Versatilidad

Los transformadores automáticos son dispositivos altamente versátiles. Se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones, desde alimentar sistemas de iluminación hasta equipos de alta tecnología en la industria. Además, existen transformadores automáticos de diferentes tamaños y capacidades, lo que permite adaptar el dispositivo a las necesidades específicas de cada aplicación.

5. Facilidad de uso

El transformador automático es un dispositivo fácil de usar y mantener. No requiere de ninguna configuración especial y su mantenimiento es sencillo y económico. Además, su diseño compacto y liviano facilita su traslado y uso en diferentes lugares.

Su uso está ampliamente extendido en diferentes aplicaciones y sectores de la industria debido a las ventajas que ofrece en términos de eficiencia y seguridad.

Desventajas

  • Costo: Los transformadores automáticos suelen tener un costo más elevado que los transformadores convencionales debido a su tecnología avanzada.
  • Complejidad: Al contar con más componentes y tecnologías avanzadas, los transformadores automáticos pueden resultar más complejos de entender y manejar.
  • Vulnerabilidad: Debido a su complejidad y tecnología avanzada, los transformadores automáticos pueden ser más vulnerables a fallas y requerir un mantenimiento más frecuente.
  • Limitaciones de uso: Los transformadores automáticos suelen tener una potencia nominal menor en comparación con los transformadores convencionales, lo que limita su uso en ciertas aplicaciones.
  • Compatibilidad: Algunos equipos y sistemas pueden no ser compatibles con los transformadores automáticos, lo que puede generar problemas de funcionamiento y rendimiento.

Es importante evaluar cuidadosamente estas desventajas antes de decidir utilizar un transformador automático en una aplicación específica. Como dijo Albert Einstein: «Todo tiene sus ventajas y sus desventajas».

En conclusión, el transformador automático es una herramienta esencial en la industria eléctrica y en la vida cotidiana. Su capacidad para transformar la corriente eléctrica de alta a baja tensión y viceversa, lo convierte en un dispositivo versátil y eficiente. Además, su diseño sencillo y sus bajos costos de mantenimiento, lo hacen una opción atractiva para muchas aplicaciones. Esperamos que esta definición, teoría y diagrama hayan sido útiles para comprender mejor el funcionamiento de este importante dispositivo.

En conclusión, un transformador automático es un dispositivo que permite ajustar la tensión de salida a partir de la tensión de entrada, sin necesidad de cambiar la posición de los devanados. Esto se logra mediante la utilización de núcleos de hierro con diferentes números de vueltas y una disposición específica de los devanados. El diagrama del transformador automático muestra claramente cómo se conectan los devanados para lograr la regulación de la tensión. En resumen, el transformador automático es una herramienta esencial en la industria eléctrica y nos permite ajustar la tensión eléctrica de forma precisa y eficiente.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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