Curso de Electrónica Básica #2.5 – Transformadores
Introducción
Dentro del estudio de la electrónica básica, uno de los dispositivos más fascinantes y fundamentales es el transformador. Este componente, presente en infinidad de equipos eléctricos y electrónicos, es la base de la distribución de energía, de la adaptación de señales y de la seguridad en los circuitos.
En esta lección del Curso de Electrónica Básica de UltraDavid37 Electrónica, exploraremos qué es un transformador, cómo funciona, sus antecedentes históricos, los diferentes tipos que existen, sus fórmulas matemáticas, ejemplos prácticos, problemas comunes y hasta la manera de simularlo y experimentarlo en la práctica.
¿Qué es un Transformador?
Un transformador es un dispositivo eléctrico que permite transferir energía de un circuito a otro a través de un campo magnético, generalmente modificando el valor de voltaje o corriente. Funciona bajo el principio de la inducción electromagnética, descubierto por Michael Faraday en 1831.
En pocas palabras, un transformador:
- No genera energía, solo la transmite.
- Cambia voltajes y corrientes dependiendo de su relación de espiras.
- Puede ser usado tanto en corriente alterna (AC) como en aplicaciones de señal.
Antecedentes Históricos
- 1831: Michael Faraday descubre la inducción electromagnética.
- 1885: William Stanley construye el primer transformador práctico.
- Siglo XX: Se estandariza su uso en sistemas de distribución eléctrica.
Hoy en día, los transformadores son indispensables en centrales eléctricas, redes de distribución, cargadores de dispositivos y equipos electrónicos de todo tipo.
Funcionamiento del Transformador
El principio de operación es sencillo pero poderoso:
- Una bobina llamada primario se conecta a una fuente de corriente alterna.
- Esta corriente genera un campo magnético variable en el núcleo.
- Una segunda bobina, llamada secundario, recibe este campo y en ella se induce un voltaje.
La relación entre voltajes está dada por la ecuación fundamental:
Donde:
- Vp: Voltaje en el primario
- Vs: Voltaje en el secundario
- Np: Número de espiras del primario
- Ns: Número de espiras del secundario
Tipos de Transformadores
- Por función:
- Elevador: Aumenta el voltaje de salida.
- Reductor: Disminuye el voltaje de salida.
- De aislamiento: Mantiene el mismo voltaje, pero separa circuitos para seguridad.
- Por construcción:
- Núcleo de hierro laminado.
- Toroidales.
- De ferrita (alta frecuencia).
- SMD (para electrónica miniaturizada).
- Por aplicación:
- Potencia.
- Audio.
- Radiofrecuencia (RF).
- Pulsos y señales digitales.
Apariencia y Simbología
En los planos electrónicos, un transformador se representa con dos bobinas y un núcleo magnético. Sus símbolos pueden variar según el estándar:
- Con núcleo ferromagnético.
- Con derivaciones (taps).
- Con puntos de polaridad.
Visualmente, pueden ser grandes como los usados en postes eléctricos, o tan pequeños como los usados en cargadores de celulares.
Estructura de un Transformador
- Núcleo magnético: Usualmente de hierro o ferrita.
- Bobinas primarias y secundarias: Enrolladas con cobre esmaltado.
- Aislamientos: Protegen contra cortocircuitos.
- Encapsulado: Puede ser abierto, en resina o blindado.
Mediciones en Transformadores
Las pruebas comunes incluyen:
- Medición de voltajes en primario y secundario.
- Resistencia de bobinas con multímetro.
- Prueba de relación de transformación (TTR).
- Corriente en vacío y corriente de carga.
Codificación y Etiquetado
Los transformadores comerciales suelen tener en su placa:
- Voltaje primario (ejemplo: 120V o 220V).
- Voltaje secundario (ejemplo: 12V, 24V).
- Corriente o potencia máxima (VA).
- Frecuencia de operación (50/60 Hz).
Matemática y Fórmulas Básicas
- Relación de transformación:
- Corriente de salida:
- Potencia (ideal):
Aplicaciones de los Transformadores
- Adaptación de niveles de voltaje.
- Distribución de energía eléctrica.
- Fuentes de alimentación lineales y conmutadas.
- Audio (adaptación de impedancias).
- Circuitos de RF y telecomunicaciones.
- Cargadores y adaptadores.
Ejemplos y Problemas Comunes
- Problema: El transformador se calienta demasiado → Puede estar sobrecargado.
- Problema: Voltaje secundario incorrecto → Posible cortocircuito en espiras.
- Problema: Ruido eléctrico → Falta de blindaje o mala calidad del núcleo.
Simulación de Transformadores (Proteus, LTspice, Multisim)
En simuladores como Proteus, podemos representar un transformador con parámetros de inductancia y relación de espiras.
- Se simula la conversión de 220V a 12V.
- Se puede visualizar el efecto de carga en el secundario.
- Útil para comprobar diseño de fuentes de poder antes de implementar físicamente.
Experimentación con Transformadores
En un laboratorio básico podemos realizar:
- Medir el voltaje de salida en vacío y con carga.
- Observar la caída de tensión bajo diferentes resistencias.
- Probar fuentes con transformador reductor + rectificador + regulador.
Ejemplo práctico:
Un transformador de 220V a 12V – 1A se conecta a un puente rectificador y a un capacitor de 1000 µF. Se mide la tensión DC obtenida, que debe rondar los 16-17V sin carga, y algo menor con carga.
Conclusiones
El transformador es uno de los pilares de la ingeniería eléctrica y electrónica. Desde la transmisión de energía en alta tensión hasta los pequeños cargadores de nuestros dispositivos, su importancia es insustituible.
En este capítulo del curso de electrónica básica hemos comprendido su funcionamiento, tipos, fórmulas y aplicaciones, así como ejemplos en simulación y experimentación.
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