transformador real

Transformador real.

En esta página vamos a tratar el transformador real o el transformador práctico, depende de quien lo diga.
Las diferencias entre el transformador ideal y el transformador real, aunque son importantes, no son demasiado complicadas de comprender y están basadas en los componentes que integran el transformador real y las pérdidas por calentamiento. Como sabemos el paso de la electricidad produce un calor, y en el caso que nos ocupa del transformador, este calor se considera una pérdida de potencia o de rendimiento del transformador real. Todo esto se puede calcular para tener claro las tensiones y las intensidades con las que nos manejamos.
Los tranformadores reales tienen pérdidas en las bobinas, porque estas bobinas (primaria y secundaria) tienen una resistencia, algo con lo que no se contaba a la hora de analizar el transformador ideal.
Asimismo, los núcleos de las bobinas no son infinitamente permeables, dato contrario que manejabamos con los transformadores ideales.
El flujo generado en la bobina primaria no es completamente capturado por la bobina secundaria en el caso práctico de un transformador real, por tanto, debemos tener en cuenta el flujo de dispersión.
Y, por si fuera poco, los núcleos tienen corrientes parásitas y pérdidas por histéresis, que son las que aumentan el calor o temperatura del transformador real.
Todas estas diferencias tenemos que tenerlas en cuenta cuando realizamos el cálculo de un transformador real. Así que podemos suponer que el estudio de un transformador real es algo más complejo que el estudio de un transformador ideal, pero no mucho más como podremos observar a continuación.

transformador real

Si observamos el dibujo, veremos que hemos introducido una resistencia Rm y una reactancia Xm. El motivo por el cual hemos introducido estos dos elementos resistivos es para poder calcular las pérdidas del núcleo, el calor producido y la permeabilidad del núcleo.
En el caso de Rm, se representa el calor producido y las pérdidas del núcleo. Por dicha resistencia pasa una intensidad If que esta en fase con E1.

En el caso de Xm se esta representando la permeabilidad del núcleo. Por Xm circula una intensidad Im que se encuentra retrasada 90° respecto a E1. Esta intensidad es necesaria para poder obtener el flujo Φm en el núcleo de la bobina primaria.

Sabiendo para que sirve cada elemento, podemos comenzar a hablar de sus ecuaciones, que serán:

transformador real

transformador real

En donde:
Rm representa las pérdidas del núcleo y es una resistencia.
Xm representa la permeabilidad del núcleo y es una reactancia.
E1 es el voltaje de la bobina primaria.
Pm son las pérdidas del núcleo.
Qm es la potencia reactiva necesaria para obtener el flujo Φm.

En el circuito del dibujo, también podemos observar que disponemos de una intensidad I0, que no es otra cosa que la suma de las intensidades If e Im. Esta intensidad I0 es denominada intensidad de excitación porque es la necesaria para poder producir el flujo Φm, cuya ecuación es:
transformador real

transformador real

En cambio, en este otro circuito sin carga, tenemos una tensión Ep que pasa a través de la bobina primaria generando un flujo Φm1a. La ecuación que define este flujo es:

transformador real

También tenemos que tener en cuenta que el flujo esta retrasado 90° respecto a la tensión de entrada de la bobina primaria.
En el circuito representado en este segundo dibujo, suponemos que es un transformador ideal sin carga, por lo tanto, la intensidad I1 será igual a 0. Esto es importante porque asi sabemos que no existe un flujo de dispersión. Sin embargo, la tensión de salida E2 viene definida por la ecuación :
transformador real

En el mismo instante que conectemos una carga al circuito, se experimentarán una serie de cambios, los cuales vamos a analizar ahora:

transformador real

1. Las intensidades I1 e I2 comienzan a circular por las bobinas primaria y secundaria, respectivamente. Las dos intensidades se encuentran relacionadas entre si por la ecuación ya estudiada en la página Transformador ideal :

transformador real

2. Cada una de las intensidades genera una fuerza magnetomotriz que son iguales y opuestas entre si.

3. La fuerza magnetomotriz total producida por la circulación de la intensidad I2 al paso por la bobina secundaria es Φ2. El flujo Φm2 se acopla con la bobina primaria y el flujo Φf2 no se acopla, por ello se le denomina flujo de dispersión de la bobina secundaria. Por supuesto, que la suma de las dos fuerzas magnetomotrices Φm2 y Φf2 son igual al flujo total de la bobina secundaria Φ2.

4. Del mismo modo, en la bobina primaria ocurren los mismos sucesos. El paso de la intensidad I1 genera un flujo total Φ1. El flujo Φm1 es el que se acopla con la bobina secundaria y, el flujo Φf1 no se acopla, recibiendo el nombre de flujo de dispersión de la bobina primaria.
Con respecto a las tensiones

1. El voltaje de entrada al primario EP se divide en dos partes:

transformador real

que es el flujo de dispersión de la bobina primaria Φf1.
transformador real

que es el flujo acoplado o mutuo con la bobina secundaria Φm.

2. Del mismo modo obtenemos las tensiones correspondientes a los flujos que acontecen en la bobina secundaria:

transformador real

transformador real

transformador real

En este último dibujo podemos observar como los flujos de acoplamiento se asocían entre si dando lugar a Φm.
Asimismo, los flujos Φf1 y Φf2 dan lugar a dos tensiones como ya hemos explicado : Ef1 y Ef2. Estas tensiones las podemos considerar en el estudio del transformador real como dos reactancias porque son dos caídas de tensión provocadas por los flujos de dispersión de las dos bobinas. De esta forma podemos calcular el valor real de estas dos reactancias con las siguientes ecuaciones:

transformador real

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teniendo el siguiente circuito equivalente de un transformador real con carga:

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Tanto R1 como R2, representan las resistencias de las bobinas primaria y secundaria respectivamente.