¿Qué son los transformadores elevadores y reductores?

Los transformadores son dispositivos estáticos esenciales para la transferencia eficaz de energía eléctrica de un circuito a otro. A medida que la energía se desplaza por un transformador, la tensión que entra por la entrada, o el extremo primario, se altera para satisfacer la necesidad específica en la salida o el extremo secundario. En un transformador elevador, el nivel de tensión se eleva en la salida, mientras que en un transformador reductor, el nivel de tensión se reduce. Este artículo trata de la estructura y el uso de los transformadores elevadores y reductores, así como de algunos principios que rigen la transmisión de electricidad.

Índice de contenidos

• ¿Qué son los transformadores elevadores y reductores?
• Principio de funcionamiento del transformador
• Principio de funcionamiento del transformador elevador
• Principio de funcionamiento del transformador reductor
• Reversibilidad del funcionamiento del transformador
• Aplicaciones de los transformadores elevadores
• Aplicaciones de los transformadores reductores
• FAQs

¿Qué son los transformadores elevadores y reductores?

Un transformador elevador aumenta la tensión de entrada y la entrega a la carga, y un transformador reductor disminuye la tensión de entrada en la carga. La alta tensión es necesaria para una transmisión eficaz de la energía, pero los consumidores deben utilizarla a una tensión más baja por razones de seguridad. La transición de baja tensión a alta para la transmisión requiere un transformador elevador. En algunos países, los transformadores elevadores tienen un valor incalculable. Por ejemplo, el nivel de generación eléctrica en India es de 11 kv, por lo que se necesitan transformadores elevadores en las centrales. En resumen, un transformador elevador eleva la tensión con fines de transmisión.

Los transformadores reductores convierten la energía de alta tensión en energía de baja tensión. Esto hace que el nivel de potencia se adapte a las necesidades de cada aparato conectado a los sistemas de alimentación en hogares o empresas. Los circuitos de alimentación de las viviendas llevan 230 V -110 V, pero algunas prestaciones requieren tan sólo 16 V. Por eso se necesitan transformadores reductores para reducir la tensión al nivel de potencia más bajo.

Además, los circuitos separados de los sistemas eléctricos de hogares y empresas suelen compartir la misma frecuencia. Pero, a menudo, las necesidades de tensión difieren. Por eso, en el diseño de muchos electrodomésticos se incluyen transformadores elevadores o reductores más pequeños. Los transformadores elevadores y reductores pueden ser monofásicos o trifásicos, según el tipo de alimentación utilizado. Los transformadores elevadores y reductores sirven para fines distintos y se diseñan en muchas configuraciones, según las necesidades de cada situación específica.

Principio de funcionamiento del transformador

Un transformador consta de dos conjuntos de cables (véase la figura 2):

• El devanado primario (A): recoge la potencia
• Devanado secundario (B): proporciona 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 B) 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 espiras del devanado secundario con respecto al primario. La transformación de la tensión viene dada por,

V1 / V2 = N1 / N2 = I2 / I1

• 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
• I2: Corriente que circula por los devanados secundarios
• I1: Corriente que circula por los devanados primarios

Lee nuestro artículo sobre transformadores eléctricos para conocer más detalles sobre su construcción y las distintas formas de conectar un transformador.

Principio de funcionamiento del transformador elevador

Un transformador elevador aumenta la tensión en los devanados secundarios en relación con el lado primario. A partir de la ecuación de transformación de la tensión, para que V2 sea mayor que V1, el valor de N2 debe ser mayor que N1 (véase la figura 3). Por lo tanto, en un transformador elevador,

• N2 > N1
• V2 > V1
• I2 < I1

Un transformador elevador siempre reduce la corriente (al tiempo que aumenta la tensión) en el secundario con respecto a la del primario. Esto se debe a que la potencia total en los lados primario y secundario del transformador son iguales. El grosor de las bobinas del transformador depende de la capacidad de la corriente que debe transportar. En un transformador elevador, el primario transporta más corriente, por lo que se utiliza hilo de cobre grueso para el primario y hilo de cobre fino para el secundario. Un transformador se suele clasificar por el producto de la tensión y la corriente en kVA (kilovoltios amperios). Lee nuestro artículo sobre la calculadora de transformadores para obtener más detalles sobre la potencia asociada a un transformador.

Ejemplo

Si a un transformador 1:10 se le aplican 10 V en el devanado primario,

• N1 = 1
• N2 = 10
• V1 = 10V
• Por lo tanto, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 100V.

La tensión en el secundario del transformador es diez veces superior a la aplicada en el primario.

Ventajas del transformador elevador

• Fácil mantenimiento
• Alta eficacia
• Inicio rápido
• Transmisor de potencia

Desventajas del transformador elevador

• Requiere un sistema de refrigeración
• Sólo funciona con señales de corriente alterna (CA)
• Enorme tamaño

Principio de funcionamiento del transformador reductor

Un transformador reductor disminuye la tensión en los devanados secundarios en relación con el lado primario. A partir de la ecuación de transformación de la tensión, para que V2 sea menor que V1, el valor de N2 debe ser menor que N1. Por lo tanto, en un transformador reductor,

• N2 < N1
• V2 < V1
• I2 > I1

Un transformador reductor siempre aumenta la corriente (a la vez que disminuye la tensión) en el secundario con respecto a la del primario. En un transformador reductor, el lado secundario transporta más corriente, por lo que se utiliza hilo de cobre aislado grueso para el devanado secundario y hilo de cobre aislado fino para el lado primario. Los transformadores reductores se utilizan habitualmente en transformadores de baja tensión para aplicaciones de iluminación paisajística.

Ejemplo

Si a un transformador 100:1 se le aplican 10 V en el devanado primario,

• N1 = 100
• N2 = 1
• V1 = 10V
• Por lo tanto, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 0,1V.

La tensión en el secundario del transformador es 100 veces menor que la aplicada en el primario.

Ventajas de los transformadores reductores

• Gran durabilidad y fiabilidad
• Menos coste
• Alta eficacia
• Proporciona diferentes tensiones de alimentación para las aplicaciones domésticas más comunes

Desventajas del transformador reductor

• Requiere mucho mantenimiento
• Funciona sólo con CA

Reversibilidad del funcionamiento del transformador

Las funciones de aumento y reducción de potencia pueden realizarse con el mismo transformador. La diferencia de funcionamiento radica en cómo se conecta el transformador al circuito. Si la alimentación de entrada se realiza en el devanado de baja tensión, el transformador funciona como versión elevadora. El mismo transformador puede utilizarse como versión reductora de la alimentación de entrada si se conecta al devanado de alta tensión.

Aplicaciones de los transformadores elevadores

• Los transformadores elevadores con bobinados primarios de hilo de cobre grueso aislado que elevan la tensión a 11.000 voltios o más son necesarios para usuarios con requisitos de potencia especiales, como el funcionamiento de máquinas de rayos X, microondas y aplicaciones de centrales eléctricas.
• Los transformadores elevadores se utilizan para distribuir energía eléctrica en líneas de transmisión de alta potencia.
• Estos transformadores se utilizan para potenciar dispositivos electrónicos.

Aplicaciones de los transformadores reductores

Los transformadores reductores se utilizan habitualmente en:

• Equipos domésticos comunes como CD, televisión y timbres.
• Estabilizadores de tensión
• Inversores
• Redes de distribución eléctrica
• Tarifas de telefonía móvil
• Líneas de transmisión

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el principio científico fundamental del funcionamiento de los transformadores?

Un transformador funciona por inducción mutua, según la cual una bobina portadora de corriente produce un campo magnético proporcional y viceversa.

¿Se necesita otro tipo de transformador para aumentar o disminuir la potencia?

El mismo tipo de transformador puede utilizarse para ambos fines. La función de un transformador depende de cómo esté configurado dentro de un circuito.