Guía de transformadores de CA a CC

La corriente alterna (CA) cambia de dirección periódicamente y suele suministrar energía para el funcionamiento de electrodomésticos y equipos industriales. Es eficaz para la transmisión a larga distancia, y esta corriente no contribuye a la pérdida de tensión. Sin embargo, la corriente alterna no proporciona una alimentación consistente para la mayoría de los dispositivos electrónicos. Por ello, es necesario convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Para convertir la tensión de CA en CC, se necesita un transformador

Índice de contenidos

• ¿Qué es un transformador de CA a CC?
• Diseño de un transformador de CA a CC
• Rectificación de media onda
• Rectificación de onda completa
• Cómo elegir un transformador
• Factores que hay que tener en cuenta al seleccionar un transformador
• Aplicaciones de los transformadores de CA a CC
• Limitaciones de los transformadores de CA a CC
• Preguntas frecuentes

¿Qué es un transformador de CA a CC?

Un transformador es un dispositivo utilizado para transferir energía eléctrica de un circuito de corriente alterna a otro. Un transformador puede aumentar o disminuir la tensión de CA y utilizar el principio de inducción electromagnética para disminuir o aumentar la tensión de CA. Los transformadores se utilizan mucho en dispositivos de baja tensión, como los timbres, para reducir la potencia de los circuitos.

Un transformador tiene un devanado primario (Figura 2 etiquetado A), un devanado secundario (Figura 2 etiquetado B) y un núcleo magnético (Figura 2 etiquetado C). Cuando se aplica una tensión alterna al devanado primario, la corriente pasa por el devanado creando un flujo magnético. El flujo viaja a través del núcleo magnético y llega al devanado secundario iniciando una corriente en el lado secundario. El devanado secundario puede aumentar o reducir la tensión respecto a la del primario, en función de la relación de vueltas.

Un transformador de CA a CC es el transformador conectado a un circuito de rectificación de CA. Un circuito rectificador convierte la tensión de CA en tensión de CC después de que un transformador haya reducido o aumentado la tensión de CA. La mayoría de los dispositivos -incluidos los teléfonos móviles y los ordenadores portátiles- funcionan con corriente continua (CC), por lo que los circuitos de rectificación son vitales.

Diseño de un transformador de CA a CC

La elección de la relación de vueltas adecuada es el primer paso para diseñar un transformador de CA a CC. Para calcular la relación de vueltas, divide el número de vueltas del devanado secundario entre el número de vueltas del devanado primario. El ratio entre la tensión y la relación de vueltas tienen una relación significativa.

vueltas primarias/secundarias = Tensión primaria/secundaria

También hay que tener en cuenta las propiedades del transformador, como el tamaño y el material. El tamaño y el material de un transformador afectan significativamente a la capacidad de carga de la corriente. La capacidad de carga de corriente es la corriente máxima que puede proporcionar un transformador a una temperatura determinada. El tamaño y el material correctos garantizarán que el transformador pueda convertir una energía fiable a un circuito. Lea nuestro artículo sobre el dimensionamiento y la calculadora de transformadores para saber más sobre las relaciones de corriente y potencia en un transformador.

El diseño de un transformador de CA a CC depende en gran medida del circuito de rectificación. El tipo de circuito de rectificación dictará el diseño de un transformador de CA a CC. Existen dos tipos de circuitos rectificadores: la rectificación de media onda y la rectificación de onda completa.

Rectificación de media onda

La forma más sencilla de un rectificador es el rectificador de media onda. La construcción de un rectificador de media onda es sencilla y sólo tiene tres componentes: un diodo, un transformador y una carga resistiva. Los rectificadores de media onda se utilizan junto a los transformadores para producir la tensión continua necesaria.

Los rectificadores de media onda utilizan un solo diodo para transformar la tensión de CA (figura 3, denominada A) en tensión de CC en la resistencia de carga (figura 3, denominada R). El diodo único (figura 3, marcado como D) se conecta en serie con el devanado secundario del transformador (figura 3, marcado como B).

El diodo se polariza hacia delante (estado ON) y conduce la corriente iniciando el flujo de corriente a través de la resistencia de carga. Un diodo permite que la corriente fluya en una sola dirección. Durante el ciclo negativo de la tensión de entrada, se induce una tensión negativa correspondiente en el lado secundario, y el diodo no conduce. Por lo tanto, no hay flujo de corriente a través de la resistencia de salida durante el ciclo negativo de la tensión de entrada, ya que el diodo se comporta como un circuito abierto. Por lo tanto, la salida sólo da ciclos positivos alternativos.

A través de la salida secundaria, un condensador (Figura 3 etiquetado como C) moldea la forma de onda a la tensión continua requerida. Suavizar la forma de onda variable es el principal reto de utilizar rectificadores de media onda. Lea nuestro artículo sobre transformadores eléctricos para obtener más información sobre el funcionamiento de los circuitos rectificadores.

Los rectificadores de media onda tienen varias aplicaciones, entre ellas las siguientes:

• Demodulación de la señal: La señal original puede recuperarse mediante el proceso de demodulación.
• Rectificación de potencia: Los rectificadores de media onda pueden ayudar a convertir la CA en CC.
• Detector de picos de señal: El valor de pico de una forma de onda puede detectarse con un simple detector de media onda.

Sin embargo, en los rectificadores de media onda son habituales las pérdidas de potencia, la baja tensión de salida y las ondulaciones en la tensión de salida.

Rectificación de onda completa

Los rectificadores de onda completa son la mejor opción para convertir la tensión alterna en tensión continua. Un rectificador de onda completa convierte las dos mitades de una señal de CA en una señal de CC. A diferencia de los rectificadores de media onda, el rectificador de onda completa utiliza varios diodos.

Los rectificadores de onda completa son de dos tipos: rectificadores de onda completa con toma central y rectificadores de puente de onda completa. El rectificador de onda completa con toma central tiene tres componentes: un transformador, dos diodos y una carga resistiva. La característica principal de un rectificador de toma central es que tiene un cable conectado al centro del devanado secundario, como se ve en la figura 4. Durante el medio ciclo positivo de la forma de onda de entrada, el diodo D1 está polarizado hacia adelante, creando un ciclo positivo a través de la carga capacitiva. El condensador se utiliza para suavizar la forma de onda de salida pulsante. Durante el medio ciclo negativo de la onda de entrada, el diodo D2 está polarizado hacia adelante, creando un ciclo positivo a través del condensador.

Por otro lado, los rectificadores de puente de onda completa tienen cuatro diodos y una carga resistiva. Durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, los diodos D2 y D3 están polarizados hacia delante, mientras que D1 y D4 están polarizados hacia atrás (estado OFF); por tanto, los diodos D2 y D3 conducen la señal de entrada hacia la salida. Durante el semiciclo negativo de la tensión de entrada, los diodos D1 y D4 conducen, mientras que D2 y D3 permanecen en estado OFF, creando una tensión de salida en la carga. En un rectificador de onda completa, la tensión de salida se produce durante ambos ciclos positivos y medios de la tensión de entrada, a diferencia de un rectificador de media onda. Por tanto, el rendimiento de un rectificador de onda completa es el doble que el de un rectificador de media onda.

La mayoría de los aparatos utilizan rectificadores de onda completa, como los teléfonos, televisores, radios, ordenadores portátiles, etc. Los rectificadores de onda completa tienen una eficiencia del 81,2%, mientras que los de media onda sólo tienen una eficiencia del 40,6%. Sin embargo, la construcción de rectificadores de onda completa es más cara debido a los múltiples diodos necesarios.

Cómo elegir un transformador

Al elegir un transformador, hay que evaluar factores como la carga y la aplicación. Es necesario profundizar en el diseño para asegurarse de que el transformador satisface sus necesidades. Estas son las preguntas que le ayudarán a encontrar un transformador que se ajuste a sus necesidades.

• ¿Tiene el transformador capacidad suficiente para soportar el tamaño de la carga que espera?
• ¿Qué duración tiene el transformador?
• ¿Se puede aumentar la capacidad de carga para acomodar más carga?
• ¿Se ajusta el coste del transformador a su presupuesto?

Factores que hay que tener en cuenta al seleccionar un transformador

Requisitos de seguridad

La seguridad debe ser la máxima prioridad. Compruebe siempre los detalles para asegurarse de que el transformador no puede perjudicar a nadie. Además, el transformador debe estar certificado por un organismo de seguridad.

Tensión de entrada y salida

La tensión de entrada y salida determina el transformador utilizado. El número de vueltas del bobinado primario determina la tensión de entrada. La tensión de salida depende de las vueltas del devanado secundario.

Configuraciones de montaje

Las opciones más comunes para el montaje son el montaje en chasis (instalado dentro de recintos industriales) y el montaje en PC (fijado al chasis). También hay otras grandes opciones de montaje. Conocer la disposición y el método (vertical, horizontal o plano) le ayudará a considerar las opciones de montaje.

Limitaciones de espacio

Especifique siempre las limitaciones de tamaño al elegir un transformador. Defina la altura, la longitud y la anchura del transformador necesario para una aplicación concreta. Las especificaciones de tamaño son esenciales para garantizar que no te quedes sin espacio.

Aplicaciones de los transformadores de CA a CC

• Los electrodomésticos, como las lavadoras, se utilizan como circuitos de alimentación.
• Los dispositivos que utilizamos a diario, como los cargadores de teléfonos móviles, dependen de los transformadores de CA a CC para su funcionamiento.
• Otros aparatos domésticos que requieren transformadores de CA a CC son los frigoríficos, televisores, cocinas eléctricas, etc.
• El sector médico también depende de los transformadores de CA a CC para hacer funcionar algunos equipos.
• Los transformadores de CA a CC son muy utilizados en los procesos de automatización.

Limitaciones de los transformadores de CA a CC

A pesar de las numerosas aplicaciones de los transformadores de corriente alterna a corriente continua, existen retos para su uso. Entre ellas se encuentran las siguientes:

• La variación en la salida de la tensión continua. La fluctuación de la tensión de salida hace que sea arriesgado conectar dispositivos directamente desde un transformador de CA a uno de CC.
• Los transformadores de CA a CC desperdician energía al liberar mucha energía térmica. El despilfarro contribuye al elevado coste de instalación y mantenimiento de un transformador de CA a CC.
• Los transformadores de CA a CC ocupan mucho espacio.

Preguntas frecuentes

¿Cómo elegir el transformador adecuado?

Los electrodomésticos tienen etiquetas con detalles sobre los vatios o amperios que necesita. Comprueba los detalles de las máquinas.

¿Qué se entiende por transformador elevador o reductor?

Los transformadores elevadores aumentan la tensión y los transformadores reductores disminuyen la tensión en el lado secundario con respecto al primario. El principio de la inducción electromagnética se aplica para elevar o reducir la tensión.