Un transformador elevador aumenta el voltaje secundario y reduce la corriente, mientras que un transformador reductor disminuye el voltaje y aumenta la corriente; el transformador físico a veces puede desempeñar cualquiera de las dos funciones, pero el aislamiento, las derivaciones, la puesta a tierra, la corriente de conexión y la aprobación del fabricante deben coincidir con la dirección prevista. La relación de espiras establece la relación de voltaje aproximada, mientras que el kVA permanece casi constante excluyendo las pérdidas. La selección de la aplicación también debe abordar la fase, la frecuencia, la conexión, la impedancia, la regulación y la protección.
Relación de espiras, tensión y corriente
Para un transformador ideal, V₂/V₁ = N₂/N₁. Un secundario con más espiras que el primario produce un voltaje más alto; menos espiras producen un voltaje más bajo. La potencia aparente se conserva aproximadamente, por lo que I₂/I₁ = N₁/N₂. Las unidades reales añaden resistencia de devanado, reactancia de dispersión, corriente de excitación y pérdidas.
Utilice cantidades nominales de línea y de fase coherentes con la conexión de los devanados. En equipos trifásicos, las relaciones de triángulo y estrella pueden hacer que la relación de tensión de línea difiera de la relación de espiras de un devanado individual.
Aplicaciones típicas de aumento y reducción de voltaje
Las plantas de generación y renovables utilizan transformadores elevadores para conectar generadores o inversores de menor tensión a los sistemas de recogida y transmisión. Las plantas industriales pueden elevar 480 V a un nivel de distribución de media tensión cuando la gran distancia de los alimentadores o una carga elevada lo justifiquen.
La distribución de servicios públicos e instalaciones utiliza transformadores reductores para suministrar sistemas de utilización de 480 V, 400 V, 208Y/120 V u otros. Los transformadores de control y aislamiento proporcionan voltajes más bajos para las máquinas, manteniendo al mismo tiempo la separación donde se ha diseñado.
¿Puede un transformador alimentarse a la inversa?
Algunos transformadores de dos devanados pueden ser energizados desde el devanado normalmente marcado como secundario, pero la salida resultante puede no ser igual a la capacidad nominal original del primario debido a que las derivaciones y la regulación fueron diseñadas para la dirección normal. La corriente de irrupción puede cambiar sustancialmente y el devanado que antes era de baja tensión puede no tener la disposición de protección o puesta a tierra esperada.
No alimente en inversa sin la aprobación por escrito del fabricante. Confirme el aislamiento, la accesibilidad del neutro, las derivaciones, los pantallas electrostáticas, el etiquetado de los terminales, la protección y la prohibición de energizar terminales expuestos no utilizados.
Comparación entre transformador elevador y reductor
| Factorizar | Solicitud de aumento de categoría | Aplicación escalonada | Verificar |
|---|---|---|---|
| Voltaje | Secundaria superior a la fuente | Secundaria inferior a la fuente | Entrada/salida nominal y tomas |
| Actual | Salida de corriente menor para el mismo kVA | Corriente de salida mayor para el mismo kVA | Capacidad de corriente de conductores y dispositivos |
| Uso común | Generación y distribución a larga distancia | Utilización de servicios públicos e instalaciones | Perfil de carga y arquitectura del sistema |
| Enfoque de protección | Aislamiento de mayor voltaje y servicio contra sobretensiones | Alta corriente de falla secundaria y capacidad del conductor | Estudios de cortocircuito y coordinación |
| Alimentación inversa | Puede ser propuesto para casos especiales | Dirección normal para muchas unidades de distribución | Aprobación por escrito del fabricante |
Selección, Regulación y Protección
Especifique los rangos de voltaje de entrada/salida, kVA de carga, fase, frecuencia, conexión, neutro y puesta a tierra. Evalúe el factor de potencia de la carga, los armónicos, el arranque de motores, la temperatura ambiente, la altitud y la expansión futura. La impedancia afecta la caída de tensión y la corriente de falla disponible.
Los dispositivos primarios y secundarios requieren diferentes corrientes nominales. La protección debe tolerar la corriente de conexión y coordinarse con los límites de daño del transformador. Una aplicación elevadora puede introducir requisitos de conmutación de mayor tensión, protección contra sobretensiones y coordinación del aislamiento.
¿Qué le hace un transformador reductor a la corriente?
Un transformador reductor reduce el voltaje de CA y hace posible una corriente secundaria de mayor valor nominal para aproximadamente la misma potencia aparente. No fuerza esa corriente a través de la carga. La corriente real depende de la carga conectada; la capacidad nominal del transformador indica cuánta puede suministrar bajo sus condiciones especificadas. Esta distinción importa cuando se conecta una carga electrónica pequeña a una fuente de alimentación mucho mayor.
En un transformador monofásico ideal, VpIp = VsIs. Si el voltaje cae por un factor de cuatro, la corriente a plena carga correspondiente aumenta por un factor de cuatro. La potencia de entrada real también suministra las pérdidas en el núcleo y en los devanados. Por lo tanto, un voltaje más bajo no crea energía gratuita, y el secundario no puede superar su capacidad térmica simplemente porque el interruptor automático del primario tiene capacidad de reserva.
Un ejemplo de cálculo de 480 a 120 V
Tome un transformador monofásico de 2 kVA, con primario de 480 V y secundario de 120 V. Su relación de tensión nominal es 480 ÷ 120 = 4. La corriente primaria ideal a plena carga es 2.000 ÷ 480 = 4,17 A; la corriente secundaria nominal es 2.000 ÷ 120 = 16,67 A. Esas corrientes describen los dos lados de la misma potencia aparente nominal. No son tamaños de fusibles prescriptos.
Si una carga requiere 1.000 VA a 120 V, su corriente nominal es de 8,33 A y la corriente primaria ideal es de 2,08 A. El transformador sigue teniendo una capacidad nominal de 2 kVA, pero suministra solo lo que la carga demanda, más sus propias pérdidas. Las mediciones reales dependen de la tensión de alimentación, la forma de onda, la regulación y el factor de potencia. Los dispositivos de protección deben tener en cuenta, además, la corriente de entrada por magnetización, las capacidades de los conductores y la coordinación.
La relación ideal y su derivación se explican en Física universitaria de OpenStax: Transformadores. Estos ejemplos aplican esa relación a calificaciones hipotéticas; no describen un modelo LBAJI ofrecido ni garantizan un voltaje medido en particular.
Las potencias trifásicas necesitan el factor de fase
Para una carga trifásica equilibrada, S = √3 × VLL × YoL. Utilice consistentemente la tensión de línea a línea y la corriente de línea. Una unidad de 30 kVA con un secundario de 208 V de línea a línea tiene una corriente de línea nominal de aproximadamente 83.3 A. Dividir 30,000 entre 208 sin el factor de la raíz cuadrada de tres sobreestimaría la corriente. Del mismo modo, confundir un valor de 120 V de línea a neutro con 208 V de línea a línea produce un error diferente.
La relación de espiras se aplica a los devanados individuales, mientras que la relación de tensión de línea de la placa de características también depende de las conexiones en triángulo o estrella. Por lo tanto, un transformador triángulo-estrella no puede interpretarse únicamente dividiendo las tensiones de línea y asumiendo que ese resultado es igual a la relación de espiras. El grupo de conexión, el neutro y el desfasaje forman parte de la especificación, especialmente al conectar un transformador a un sistema trifásico existente.
Por qué la salida medida difiere de la etiqueta
Un transformador no es necesariamente una fuente de alimentación regulada. Sin carga, la tensión del secundario puede estar por encima del valor nominal con carga; a medida que aumenta la corriente, la resistencia del devanado y la reactancia de dispersión contribuyen a la caída de tensión. El factor de potencia de la carga afecta al resultado. La variación de la tensión de alimentación también aparece en el secundario a través de la relación. Una toma puede ajustar la relación nominal, pero no proporciona automáticamente una regulación continua.
Revise el rango de voltaje aceptable de la carga durante el arranque y la operación estable. Los cables secundarios largos pueden agregar una caída sustancial porque la corriente es mayor en el lado de menor voltaje. Si un actuador o contactor no logra activarse, tanto la regulación del transformador como la caída en el cable pueden importar. Aumentar la toma de voltaje sin investigar el circuito podría sobrevolquear otras cargas cuando se retira la carga pesada.
La reducción de nivel no significa necesariamente aislamiento
Un transformador convencional de devanados separados puede reducir el voltaje al tiempo que proporciona separación galvánica. Un autotransformador también puede reducir el voltaje, pero su devanado común proporciona una conexión conductiva directa. Las palabras “reductor” o “de bajada” describen la dirección del voltaje, no la disposición del aislamiento. Una especificación que requiera tanto reducción de voltaje como aislamiento debe indicar ambos requisitos explícitamente.
Un adaptador de viaje es otra fuente de confusión. Un adaptador de enchufe cambia la conexión física y es posible que no cambie el voltaje en absoluto. Algunos dispositivos electrónicos aceptan un amplio rango de voltaje de red, mientras que otros requieren una fuente de conversión adecuada. Verifique la etiqueta de entrada del equipo y los requisitos de energía. No se debe proponer un transformador industrial para uso portátil de consumo simplemente porque los voltajes parezcan coincidir.
La frecuencia y el tipo de carga pueden descartar una coincidencia aparente
Un transformador normalmente conserva la frecuencia. Suministrar 60 Hz produce una salida de 60 Hz, y un transformador de tensión no convierte una fuente de 50 Hz en 60 Hz. El flujo en el núcleo depende de la relación entre tensión y frecuencia. Operar a una frecuencia más baja con la tensión sin cambios puede aumentar el flujo y el calentamiento por encima del límite de diseño, a menos que la placa de características y el fabricante lo permitan.
La corriente continua continua no admite la acción de un transformador normal después del transitorio inicial y puede causar corriente excesiva y calentamiento. Utilice un convertidor adecuado para la conversión de voltaje de CC. Los rectificadores, los variadores de velocidad, las fuentes de alimentación para LED y otras cargas no lineales también introducen corrientes que un total de kW simple no describe por completo. Especifique los requisitos de armónicos y ciclo de trabajo al seleccionar el transformador.
Comprobaciones de selección para una instalación real
Empiece por el voltaje de salida cargado requerido, el VA total, la fase, la frecuencia y el comportamiento de arranque de la carga. Identifique si se necesita un neutro y si se requiere separación eléctrica. Verifique la temperatura ambiente, la altitud, la ventilación, el gabinete y el espacio de instalación. Estas condiciones influyen en la capacidad utilizable y en la refrigeración; el mismo kVA nominal no hace que todos los gabinetes o instalaciones sean equivalentes.
Luego confirme la impedancia, las derivaciones permitidas, los terminales y los requisitos de los dispositivos de protección. Compare la caída de tensión y la corriente de falla disponible con las clasificaciones del equipo aguas abajo. Exija un diagrama de conexiones y los datos de prueba para el modelo exacto. El Requisitos de instalación eléctrica de OSHA proporcionar contexto relevante para la idoneidad del equipo y su uso dentro de sus clasificaciones previstas. La selección final del conductor y de la protección corresponde al diseño de instalación aplicable.
Más contexto técnico: Principios de los transformadores y relaciones de voltaje.
Guías de transformadores relacionadas y contexto del producto
Revisar el guía de fundamentos de transformers para los principios subyacentes. Para preguntas relacionadas, lea ¿Qué es un autotransformador? Principio, usos y límites y ¿Qué es un transformador de aislamiento? Seguridad, usos y selección. Para las especificaciones de los equipos de distribución, consulte la transformador de potencia en baño de aceite de 35 kV; confirme el alcance real del producto y las clasificaciones antes de usarlo en un proyecto.
Vídeo: el principio subyacente del transformer
The Engineering Mindset ilustra el principio eléctrico aquí discutido. Esta explicación de antecedentes complementa el artículo; no demuestra ni autoriza el trabajo de campo.
Preguntas frecuentes
¿Qué hace un transformador reductor?
Reduce el voltaje de CA mediante su relación de espiras. Para aproximadamente la misma potencia aparente, la corriente de salida nominal correspondiente es mayor, mientras que la frecuencia normalmente permanece sin cambios.
¿Un transformador reductor aumenta la corriente en cada carga?
No. La carga determina la corriente real. La capacidad nominal del transformador indica la corriente que puede suministrar bajo condiciones especificadas, no una corriente forzada en cada dispositivo conectado.
¿Es un transformador reductor siempre aislado?
No. Los devanados separados pueden proporcionar aislamiento, pero un autotransformador puede reducir el voltaje a través de un devanado conductor compartido. Establezca el requisito de aislamiento por separado.
¿Puede un transformador de 60 Hz funcionar a 50 Hz?
Solo cuando su clasificación o fabricante permite la combinación de voltaje y frecuencia. Una frecuencia más baja con un voltaje sin cambios puede aumentar el flujo del núcleo y el calentamiento.
¿Cómo se calcula la corriente secundaria?
Para monofásica, divida VA entre el voltaje secundario. Para trifásica equilibrada, divida VA entre el producto de la raíz cuadrada de tres y el voltaje de línea a línea. Estos son cálculos de corriente de carga, no reglas de dimensionamiento de fusibles.
