Transformadores de Baja Tensión

Un transformador es un dispositivo eléctrico diseñado para convertir la corriente alterna de un voltaje a otro. Un transformador de baja tensión convierte la tensión de la fuente de alimentación principal en una tensión más baja, normalmente de 12 a 15 voltios. La eficiencia de esta conversión de tensión rige la eficacia del transformador para controlar la tensión de salida y la energía consumida en el proceso. Este transformador se utiliza en diversas aplicaciones, como los sistemas de iluminación paisajística de baja tensión, como transformadores de iluminación exterior, y los electrodomésticos comunes. En este artículo se analiza el rango de tensión de funcionamiento de un transformador de baja tensión, su construcción, su principio de funcionamiento, sus aplicaciones y las formas típicas de comprobar un fallo del transformador.

Índice de contenidos

• Qué es un transformador de baja tensión
• Propósito del transformador de baja tensión
• Principio de trabajo
• Tipos de transformadores de baja tensión
• Cómo comprobar un transformador de baja tensión con un multímetro
• Instalación
• Aplicaciones
• FAQs

Qué es un transformador de baja tensión

Un transformador es un equipo de energía vital para las grandes centrales eléctricas y los circuitos domésticos sencillos. Un transformador de alta tensión se utiliza en centrales eléctricas y subestaciones eléctricas. Un transformador de baja tensión reduce la tensión de entrada a una tensión baja en la salida. Los transformadores instalados en frigoríficos y lavadoras que funcionan con corriente alterna de alta tensión suelen reducir la tensión a unos 12 voltios, por lo que se consideran transformadores de baja tensión. El objetivo principal de un transformador de baja tensión es reducir el riesgo de descargas eléctricas y cortocircuitos para el usuario, ya que estos transformadores se utilizan en aplicaciones domésticas comunes.

Lanorma ANSI C84.1-1989 divide la tensión de funcionamiento en las siguientes categorías:

• Bajo: < 600V
• Medio: 600V - 69kV
• Alto: 69kV - 230kV
• Extra alto: 230kV - 1100kV
• Ultra-Elevado: 1100kV

En función de la tensión de funcionamiento, un transformador entra en una de las cinco categorías mencionadas anteriormente. Por ejemplo, un transformador elevador de 12,8kV a 128 kV es un transformador de alta tensión, y un transformador reductor de 230V a 14V es un transformador de baja tensión.

Propósito del transformador de baja tensión

La tensión de alimentación principal (normalmente 120 voltios en los Estados Unidos y 230 voltios en los países de Europa) supone un peligro de electrocución para el usuario si se utiliza directamente. Un transformador de baja tensión reduce la tensión de entrada a un valor considerablemente bajo, creando así un entorno más seguro para el usuario en estructuras comerciales y residenciales. El valor normal de la tensión producida por un transformador de baja tensión es de 12-24 voltios, que no genera calor en condiciones normales. Estas condiciones de baja tensión son lo suficientemente seguras como para permitir que una persona instale una bombilla incluso cuando la electricidad está encendida.

Principio de trabajo

Un transformador de baja tensión funciona según el principio de la inducción, que establece que un conductor portador de corriente produce un campo magnético a su alrededor y viceversa. Como un transformador de baja potencia convierte la tensión de entrada a un valor considerablemente bajo, el número de vueltas del devanado secundario es mucho menor que el del primario.

Un transformador de baja tensión consta de dos juegos de cables (véase la figura 2):

• Bobinado primario (A): recoge la potencia
• Devanado secundario (C): suministra energía

Los devanados primario y secundario se enrollan juntos en un núcleo de circuito de hierro magnético, pero estas bobinas no están en contacto entre sí, como se ve en la figura 2. El núcleo está hecho de un material magnético blando formado por laminaciones (Figura 2 etiquetada C) unidas entre sí para ayudar a reducir las pérdidas del núcleo. La pérdida del núcleo es la pérdida de energía dentro del núcleo causada por un flujo magnético alterno. Un campo magnético inestable acaba destruyendo el funcionamiento del material del núcleo.

Cuando el devanado primario (Figura 2 etiquetada A) se conecta a una fuente de alimentación, la corriente fluye a través de la bobina y se induce un campo magnético. Una parte de este campo magnético se enlaza con los devanados secundarios (Figura 2 etiquetada C) por inducción mutua, produciendo así un flujo de corriente y tensión en el lado secundario (carga). La tensión producida en el lado de la carga es proporcional al número de vueltas del devanado secundario en relación con el primario. La transformación de la tensión viene dada por,

V1/V2=N1/N2

• V1: Tensión aplicada al devanado primario del transformador
• V2: Tensión producida en el devanado secundario (carga) del transformador
• N1: Número de vueltas del devanado primario
• N2: Número de vueltas del devanado secundario

Dado que un transformador de baja tensión produce una tensión significativamente menor en el lado de la carga, el número de vueltas del devanado secundario es menor que el del primario. Por ejemplo, para convertir una fuente de alimentación principal de CA de 120 V a 12 V, el número de vueltas del devanado primario debe ser diez veces mayor que el del devanado secundario del transformador.

Nota:El voltaje y la frecuencia de la alimentación principal varían de un país a otro. Países como Estados Unidos utilizan un suministro eléctrico principal de 120 voltios que funciona a 60 Hz, mientras que los de Europa, como el Reino Unido, los Países Bajos y Alemania, funcionan a 230 voltios y 50 Hz. Para más detalles, consulte la lista completa de países con sus correspondientes tensiones de alimentación y frecuencias de funcionamiento.

Tipos de transformadores de baja tensión

Los transformadores de baja tensión se clasifican a grandes rasgos en magnéticos y electrónicos.

Transformadores magnéticos de baja tensión (MLV)

El transformador magnético de baja tensión es el tipo de transformador de baja tensión más utilizado que utiliza dos bobinas para reducir la tensión de alimentación de la red a un valor considerablemente bajo. La bobina primaria transporta la tensión de la línea (normalmente 120 voltios en Estados Unidos y 230 voltios en Europa). La corriente en el devanado primario induce un campo magnético en el devanado secundario.

Los transformadores magnéticos de baja tensión se clasifican también en apilados/laminados y toroidales:

• Transformadores apilados o laminados: Los transformadores apilados/laminados tienen láminas envueltas en hilo de cobre laminadas entre sí para formar un núcleo (véase la figura 2). Estos transformadores tienen una larga vida útil, aproximadamente de 15 a 20 años, pero son ruidosos y funcionan sólo con una eficiencia del 80-85%.
• Transformadores toroidales: En un transformador toroidal, las bobinas primarias y secundarias se enrollan en un núcleo toroidal, como se muestra en la figura 4. El diseño único y compacto de este transformador permite que las bobinas sean más cortas, con lo que se reducen las pérdidas del bobinado y se mejora la eficiencia general. Estos transformadores funcionan con un 90-95% de eficiencia, tienen una vida útil de 20-25 años y tienen un funcionamiento silencioso. Pero debido a la dificultad de enrollar las bobinas conductoras en el núcleo toroidal, son caras. Además, estos transformadores se limitan a aplicaciones monofásicas y tienen una mayor corriente de entrada.

Ventajas de los transformadores magnéticos de baja tensión

• Eficiencia energética
• Larga vida útil de más de 15 años
• Funcionamiento silencioso

Desventajas de los transformadores magnéticos de baja tensión

• Tamaño enorme (en el caso de los transformadores laminados)
• Caro

Transformadores electrónicos de baja tensión (ELV)

Los transformadores electrónicos de baja tensión tienen un sistema interno más complejo que consiste en un circuito emparejado con un inversor para lograr la misma funcionalidad de los transformadores magnéticos de baja tensión. El inversor aumenta la frecuencia de funcionamiento de ~50-60Hz a 20kHz o más. La alta frecuencia permite utilizar un núcleo en miniatura, lo que permite que el transformador sea ligero y compacto. Estos transformadores se recomiendan para reducir la tensión en aplicaciones interiores en las que el espacio es una preocupación importante.

Ventajas de los transformadores electrónicos de baja tensión

• Tamaño compacto
• Menos costoso

Desventajas de los transformadores electrónicos de baja tensión

• La corriente de alta frecuencia puede no ser compatible con los circuitos LED
• Vida útil más corta, de aproximadamente 5-6 años
• Ruidoso y sensible al calor

Cómo comprobar un transformador de baja tensión con un multímetro

Síntomas de un transformador defectuoso

Observe el aspecto del transformador de baja potencia para detectar las siguientes anomalías:

• Cables de bobina rotos
• Chapa de acero al silicio oxidada
• Marcas de quemaduras en el material aislante
• Un tornillo de fijación flojo del núcleo de hierro
• Bobinas expuestas

También se puede utilizar un multímetro para comprobar un transformador de baja potencia en busca de posibles fallos.

Uso de un multímetro para comprobar la corriente en vacío de un transformador de baja tensión

La corriente en vacío es la que circula por el devanado primario de un transformador práctico manteniendo el lado secundario abierto (creando así una condición de "vacío"). La corriente a plena carga de un transformador es la máxima corriente permitida en los devanados primario y secundario, y el valor se suele utilizar para diseñar el sistema de protección del transformador. Realiza los siguientes pasos para calcular la corriente en vacío de un transformador utilizando un multímetro:

1. Abra los devanados secundarios del transformador.
2. Ajuste el dial del multímetro para medir la corriente (AC).
3. Conecte las clavijas del bobinado primario del transistor a la fuente de alimentación principal.
4. Conecte los cables de las sondas del multímetro a los extremos del devanado primario del transformador.
5. La pantalla del multímetro indica el valor de la corriente en vacío. El valor de la corriente en vacío no debe ser superior al 10-15% de la corriente de plena carga del transformador.

Ejemplo

Un transformador se suele clasificar por su valor en kVA (kilovoltios amperios). Un transformador de 5kVA suministra 5kW de potencia a la carga.

La corriente a plena carga de un transformador monofásico que trabaja a una tensión primaria de 230 V y tiene una potencia nominal de 25kVA es (25✕1000)/230 = 108,7A. Para determinar si un transformador funciona correctamente, compruebe si la corriente en vacío medida es inferior al 15% de la corriente a plena carga.

Uso de un multímetro para comprobar la continuidad de un transformador de baja tensión

Se puede realizar una prueba de continuidad en un transformador de baja tensión para comprobar si hay una rotura en los devanados primarios o secundarios.

1. Desconecte completamente el transformador y ponga el multímetro a medir la resistencia(Ω).
2. Conecte los cables de las sondas del multímetro a los extremos del devanado primario del transformador y anote la resistencia indicada en la pantalla del multímetro. Una resistencia muy alta o infinita indica una rotura en el lado primario del circuito.
3. Conecte los cables de las sondas del multímetro a los extremos del devanado secundario del transformador y anote la resistencia indicada en la pantalla del multímetro. Una resistencia muy alta o infinita indica una rotura en el lado secundario del circuito.
4. Si las bobinas primarias o secundarias registran una resistencia infinita, el transformador debe ser sustituido.

Nota: Un multímetro digital (DMM) muestra una resistencia infinita por OL (línea abierta) en la pantalla.

Aplicaciones

Las aplicaciones típicas en las que interviene un transformador de baja potencia son las siguientes

1. Un transformador de baja potencia puede utilizarse como transformador de iluminación de baja tensión en la iluminación paisajística que funciona con 12-24 voltios. El transformador de iluminación exterior reduce la tensión de línea de 110 voltios o 230 voltios a un valor bajo adecuado para conectar las luces a la tensión.
2. Los rectificadores utilizan transformadores de baja potencia para reducir la tensión principal de CA a un valor bajo que se convierte en tensión continua mediante una combinación de diodo y condensador.
3. Los electrodomésticos más comunes, como los frigoríficos, las lavadoras, los cargadores de teléfonos móviles, los termostatos y los timbres, utilizan transformadores de baja potencia que producen una tensión de carga muy baja, lo que protege al usuario de las descargas eléctricas y los cortocircuitos.

FAQs

¿Cuántas luces se pueden conectar a un transformador de baja tensión?

Depende del consumo máximo de corriente del transformador y de la potencia total de las luces. Por ejemplo, un transformador que produce 300 vatios puede conectarse a 300 luces de 1 vatio o a seis luces de 50 vatios. Asegúrese de no conectar los componentes a más del 80% de la potencia nominal del transformador para que funcione correctamente.

¿Cuánto duran los transformadores de baja tensión?

Los transformadores magnéticos de baja tensión funcionan durante mucho tiempo, aproximadamente entre 15 y 20 años, mientras que los transformadores electrónicos de baja tensión funcionan entre 5 y 6 años.