Un transformador monofásico es un dispositivo eléctrico que acepta alimentación de CA monofásica y salidas AC monofásicas. Se utiliza en la distribución de energía en áreas no urbanas ya que la demanda total y los costos involucrados son más bajos que los del transformador de distribución trifásico. Se utilizan como transformadores reductores para reducir el voltaje doméstico a un valor adecuado sin un cambio de frecuencia. Por esta razón, se usa comúnmente para electrónica de potencia electrodomésticos en residencias. Este artículo analiza una descripción general de un transformador monofásico.
¿Qué es un transformador monofásico?
Definición: A transformador es un dispositivo que convierte la energía magnética en energía eléctrica. Consiste en dos bobinas eléctricas llamadas bobinado primario y bobinado secundario. El primario devanado de un transformador recibe energía, mientras que el devanado secundario entrega energía. Un circuito de hierro magnético llamado 'núcleo' se usa comúnmente para envolver estas bobinas. Aunque estas dos bobinas están aisladas eléctricamente, están unidas magnéticamente.
Cuando una corriente eléctrica pasa a través del primario de un transformador, se crea un campo magnético que induce un voltaje a través del secundario de un transformador. Según el tipo de aplicación, el transformador monofásico se utiliza para aumentar o reducir el voltaje en la salida. Este transformador es típicamente un transformador con alta eficiencia y bajas pérdidas. El diagrama del transformador monofásico se muestra a continuación.
transformador monofásico
Principio del transformador monofásico
El transformador monofásico funciona según el principio de Ley de Faraday de inducción electromagnética . Normalmente, la inducción mutua entre los devanados primario y secundario es responsable del funcionamiento del transformador en un transformador eléctrico.
Funcionamiento del transformador monofásico
Un transformador es un dispositivo estático que transfiere energía eléctrica en un circuito a otro circuito de la misma frecuencia. Consta de devanados primario y secundario. Este transformador funciona según el principio de inductancia mutua.
Cuando el primario de un transformador está conectado a una fuente de CA, la corriente fluye en la bobina y el campo magnético se acumula. Esta condición se conoce como inductancia mutua y el flujo de corriente es según la ley de inducción electromagnética de Faraday. A medida que la corriente aumenta de cero a su valor máximo, el campo magnético se fortalece y viene dado por dɸ / dt.
Este electroimán forma las líneas magnéticas de fuerza y se expande hacia afuera desde la bobina formando un camino de flujo magnético. Las vueltas de ambos devanados quedan vinculadas por este flujo magnético. La fuerza de un campo magnético generado en el núcleo depende del número de vueltas en el devanado y la cantidad de corriente. El flujo magnético y la corriente son directamente proporcionales entre sí.
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Fuente: Wikimedia
A medida que las líneas magnéticas de flujo fluyen alrededor del núcleo, pasa a través del devanado secundario, induciendo voltaje a través de él. La Ley de Faraday se utiliza para determinar el voltaje inducido a través de la bobina secundaria y está dada por:
N. dɸ / dt
dónde,
'N' es el número de vueltas de la bobina
La frecuencia es la misma en los devanados primarios y secundarios.
Por lo tanto, podemos decir que el voltaje inducido es el mismo en ambos devanados ya que el mismo flujo magnético une ambas bobinas. Además, el voltaje total inducido es directamente proporcional al número de vueltas en la bobina.
Supongamos que los devanados primario y secundario del transformador tienen espiras individuales en cada uno. Suponiendo que no hay pérdidas, la corriente fluye a través de la bobina para producir un flujo magnético e inducir un voltaje de un voltio a través del secundario.
Debido al suministro de CA, el flujo magnético varía sinusoidalmente y está dado por,
ɸ = ɸmaxSin ωt
La relación entre la fem inducida, E en los devanados de la bobina de N vueltas está dada por,
E = N (d∅) / dt
E = N * ω * ɸmaxcosωtφ
Emáx = Nωɸmax
Páramos = Nω / √2 * ɸmax= 2π / √2 * f * N * ɸmax
Páramos = 04:44 fNɸmax
Dónde,
'F' es la frecuencia en Hertz, dada por ω / 2π.
'N' es el número de bobinados
'ɸ' es la cantidad de flujo en Webers
La ecuación anterior es la ecuación del transformador EMF. Para la fem de un devanado primario de un transformador E, N será el número de vueltas primarias (NP), mientras que para la fem, E de un devanado secundario de un transformador, el número de vueltas, N será (NS).
Construcción de transformador monofásico
Un simple transformador monofásico tiene cada devanado enrollado cilíndricamente en una rama de hierro dulce por separado para proporcionar un circuito magnético necesario, que comúnmente se conoce como 'núcleo del transformador'. Ofrece un camino para que el flujo del campo magnético induzca voltaje entre dos devanados.
Como se ve en la figura anterior, los dos devanados no están lo suficientemente cerca para tener un acoplamiento magnético eficiente. Por lo tanto, la convergencia y el aumento del circuito magnético cerca de las bobinas puede mejorar el acoplamiento magnético entre los devanados primario y secundario. Se emplearán láminas delgadas de acero para evitar pérdidas de potencia del núcleo.
Según cómo se enrollan los devanados alrededor del núcleo laminado de acero central, la construcción del transformador se divide en dos tipos
Transformador de tipo núcleo
En este tipo de construcción, solo la mitad de los devanados se enrollan cilíndricamente alrededor de cada pata de un transformador para mejorar el acoplamiento magnético, como se muestra en la figura siguiente. Este tipo de construcción asegura que las líneas magnéticas de fuerza fluyan a través de ambos devanados simultáneamente. La principal desventaja del transformador de tipo núcleo es el flujo de fuga que se produce debido al flujo de una pequeña proporción de líneas de fuerza magnéticas fuera del núcleo.
transformador de tipo núcleo
Transformador tipo carcasa
En este tipo de construcción de transformador, los devanados primario y secundario se colocan de forma cilíndrica en la rama central, lo que da como resultado el doble de área de sección transversal que las ramas exteriores. Hay dos trayectorias magnéticas cerradas en este tipo de construcción y la extremidad exterior tiene el flujo magnético ɸ / 2 fluyendo. El transformador tipo carcasa supera el flujo de fuga, reduce las pérdidas del núcleo y aumenta la eficiencia.
transformador monofásico tipo carcasa
Aplicaciones
Las aplicaciones de un transformador monofásico se mencionan a continuación.
- Para reducir las señales de larga distancia para admitir dispositivos electrónicos residenciales y comerciales ligeros
- En televisores para regulación de voltaje
- Para aumentar la potencia en inversores domésticos
- Para suministrar energía a áreas no urbanas
- Para aislar eléctricamente dos circuitos ya que el primario y el secundario se colocan alejados el uno del otro
Preguntas frecuentes
1). ¿Qué significa monofásico?
Un sistema o circuito monofásico que genera o usa voltaje alterno único
2). ¿Las casas utilizan suministro monofásico?
Generalmente, las viviendas se suministran con suministro monofásico
3). ¿Sobre qué principios opera el transformador monofásico?
Ley de Faraday de Inducción Electromagnética e Inducción Mutua
4). ¿Qué es la “relación de vueltas” del transformador?
NP / NS = VP / VS = n = Relación de vueltas
5). Dar dos usos de un transformador monofásico
- En televisores para regulación de voltaje
- Para aumentar la potencia en inversores domésticos
Por tanto, un transformador monofásico es apropiado para dispositivos eléctricos más ligeros. Es menos costoso y muy preferido suministrar energía a áreas no urbanas. Este artículo enfatiza el principio de funcionamiento del transformador , construcción y aplicaciones de un transformador monofásico. El lector puede aprender en profundidad sobre el transformador monofásico de este artículo.
