Existen distintos tipos de transformadores eléctricos que se fabrican para distintos fines. A pesar de las diferencias de diseño, los distintos tipos emplean el mismo principio básico descubierto en 1831 por Michael Faraday y comparten varias piezas funcionales clave.
Este es el tipo de transformador más común, ampliamente utilizado en la transmisión de energía eléctrica y en electrodomésticos para convertir el voltaje de la red a bajo voltaje para alimentar dispositivos electrónicos. Están disponibles en potencias nominales que van desde mW a MW. Las láminas aisladas minimizan las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo de hierro.
Los transformadores para electrodomésticos y electrónicos pequeños pueden utilizar una bobina dividida, lo que proporciona un alto nivel de aislamiento entre los devanados. Los núcleos rectangulares están formados por piezas estampadas, a menudo en pares con forma de EI, pero a veces se utilizan otras formas. Se pueden colocar blindajes entre el primario y el secundario para reducir la interferencia electromagnética (EMI), o en ocasiones se utiliza un devanado de pantalla.
Los transformadores para electrodomésticos pequeños y aparatos electrónicos pueden tener un corte térmico integrado en el devanado para cortar la energía a altas temperaturas y evitar un mayor sobrecalentamiento.
Los transformadores toroidales con forma de rosquilla ahorran espacio en comparación con los núcleos EI y pueden reducir el campo magnético externo. Estos utilizan un núcleo con forma de anillo, bobinados de cobre envueltos alrededor de este anillo (y, por lo tanto, enhebrados a través del anillo durante el bobinado) y cinta para el aislamiento.
Los transformadores toroidales tienen un campo magnético externo menor en comparación con los transformadores rectangulares y pueden ser más pequeños para una potencia nominal determinada. Sin embargo, su fabricación es más costosa, ya que el bobinado requiere equipos más complejos y más lentos.
Se pueden montar mediante un perno atravesándolo por el centro, utilizando arandelas y tacos de goma o bien encapsulando en resina. Hay que tener cuidado de que el perno no forme parte de una espira de cortocircuito.
Un autotransformador consta de un solo devanado que se toma en algún punto a lo largo del devanado. Se aplica voltaje a través de un terminal del devanado y se produce un voltaje más alto (o más bajo) a través de otra parte del mismo devanado. La potencia nominal equivalente del autotransformador es menor que la potencia nominal de carga real. Se calcula mediante: VA de carga × (|Vin – Vout|)/Vin. [2] Por ejemplo, un autotransformador que adapta una carga de 1000 VA nominal a 120 voltios a una fuente de alimentación de 240 voltios tiene una potencia nominal equivalente de al menos: 1000 VA (240 V – 120 V) / 240 V = 500 VA. Sin embargo, la potencia nominal real (que se muestra en la placa de registro) debe ser al menos de 1000 VA.
Para relaciones de voltaje que no excedan de 3:1, un autotransformador es más económico, más liviano, más pequeño y más eficiente que un transformador de aislamiento (de dos devanados) del mismo valor nominal. [3] Los autotransformadores trifásicos grandes se utilizan en sistemas de distribución de energía eléctrica, por ejemplo, para interconectar redes de subtransmisión de 220 kV y 33 kV u otros niveles de alto voltaje. [ cita requerida ]
Al exponer parte de las bobinas de bobinado de un autotransformador y realizar la conexión secundaria a través de una escobilla de carbón deslizante , se puede obtener un autotransformador con una relación de vueltas variable casi continuamente, lo que permite un amplio ajuste de voltaje en incrementos muy pequeños.
El regulador de inducción tiene un diseño similar al de un motor de inducción de rotor bobinado , pero es esencialmente un transformador cuyo voltaje de salida varía al rotar su secundario con respecto al primario, es decir, rotando la posición angular del rotor. Puede verse como un transformador de potencia que aprovecha los campos magnéticos rotatorios . La principal ventaja del regulador de inducción es que, a diferencia de los variacs, son prácticos para transformadores de más de 5 kVA. Por lo tanto, estos reguladores se utilizan ampliamente en laboratorios de alto voltaje. [4]
Para sistemas polifásicos , se pueden utilizar varios transformadores monofásicos, o todas las fases se pueden conectar a un solo transformador polifásico. Para un transformador trifásico, los tres devanados primarios están conectados entre sí y los tres devanados secundarios están conectados entre sí. [5] Ejemplos de conexiones son estrella-delta, delta-estrella, delta-delta y estrella-estrella. Un grupo vectorial indica la configuración de los devanados y la diferencia de ángulo de fase entre ellos. Si un devanado está conectado a tierra ( conectado a tierra ), el punto de conexión a tierra suele ser el punto central de un devanado estrella. Si el secundario es un devanado delta, la tierra puede estar conectada a una toma central en un devanado ( delta de pata alta ) o una fase puede estar conectada a tierra (delta conectado a tierra en la esquina). Un transformador polifásico de propósito especial es el transformador en zigzag . Hay muchas configuraciones posibles que pueden implicar más o menos de seis devanados y varias conexiones de tomas.
Los transformadores de puesta a tierra permiten que los sistemas polifásicos de tres cables (delta) se adapten a las cargas de fase a neutro al proporcionar una ruta de retorno para la corriente a un neutro. Los transformadores de puesta a tierra incorporan más comúnmente un transformador de un solo devanado con una configuración de devanado en zigzag, pero también pueden crearse con una conexión de transformador de devanado aislado en estrella-delta.
Se trata de un tipo especializado de transformador que se puede configurar para ajustar la relación de fase entre la entrada y la salida. Esto permite controlar el flujo de energía en una red eléctrica , por ejemplo, para desviar los flujos de energía de un enlace más corto (pero sobrecargado) hacia una ruta más larga con exceso de capacidad.
Un transformador de frecuencia variable es un transformador de potencia trifásico especializado que permite ajustar de forma continua la relación de fase entre los devanados de entrada y salida mediante la rotación de una de sus mitades. Se utilizan para interconectar redes eléctricas con la misma frecuencia nominal pero sin coordinación de fases sincrónica.
Un transformador de fugas, también llamado transformador de campo disperso, tiene una inductancia de fuga significativamente mayor que otros transformadores, a veces aumentada por una derivación o derivación magnética en su núcleo entre el primario y el secundario, que a veces se puede ajustar con un tornillo de fijación. Esto proporciona al transformador una limitación de corriente inherente debido al acoplamiento débil entre sus devanados primario y secundario. La inductancia de cortocircuito ajustable actúa como un parámetro de limitación de corriente.
Las corrientes de entrada y salida se mantienen lo suficientemente bajas para evitar la sobrecarga térmica bajo cualquier condición de carga, incluso si el secundario está en cortocircuito.
Los transformadores de fuga se utilizan para la soldadura por arco y para lámparas de descarga de alto voltaje ( luces de neón y lámparas fluorescentes de cátodo frío , que se conectan en serie hasta 7,5 kV CA). Actúan tanto como transformador de tensión como balasto magnético .
Otras aplicaciones son transformadores de tensión extra baja a prueba de cortocircuitos para juguetes o instalaciones de timbres .
Un transformador resonante es un transformador en el que uno o ambos devanados tienen un condensador a través de él y funciona como un circuito sintonizado . Utilizados en frecuencias de radio , los transformadores resonantes pueden funcionar como filtros de paso de banda de alto factor Q. Los devanados del transformador tienen núcleos de aire o de ferrita y el ancho de banda se puede ajustar variando el acoplamiento ( inductancia mutua ). Una forma común es el transformador de FI ( frecuencia intermedia ), utilizado en receptores de radio superheterodinos . También se utilizan en transmisores de radio.
Los transformadores resonantes también se utilizan en balastos electrónicos para lámparas de descarga de gas y fuentes de alimentación de alto voltaje. También se utilizan en algunos tipos de fuentes de alimentación conmutadas . [6] Aquí, el valor de la inductancia de cortocircuito es un parámetro importante que determina la frecuencia de resonancia del transformador resonante. A menudo, solo el devanado secundario tiene un condensador resonante (o capacitancia parásita) y actúa como un circuito de tanque resonante en serie. Cuando la inductancia de cortocircuito del lado secundario del transformador es L sc y el condensador resonante (o capacitancia parásita) del lado secundario es C r , la frecuencia de resonancia ω s de 1' es la siguiente
El transformador funciona con un pulso o una onda cuadrada para lograr mayor eficiencia, generada por un circuito oscilador electrónico . Cada pulso sirve para generar oscilaciones sinusoidales resonantes en el devanado sintonizado y, debido a la resonancia, se puede desarrollar un alto voltaje en el secundario.
Aplicaciones:
Al disponer las propiedades magnéticas particulares del núcleo de un transformador e instalar un circuito de tanque ferroresonante (un condensador y un devanado adicional), se puede configurar un transformador para que mantenga automáticamente el voltaje del devanado secundario relativamente constante para variar el suministro primario sin circuitos adicionales ni ajustes manuales. Los transformadores ferroresonantes funcionan a mayor temperatura que los transformadores de potencia estándar, porque la acción de regulación depende de la saturación del núcleo, lo que reduce la eficiencia. La forma de onda de salida se distorsiona mucho a menos que se tomen medidas cuidadosas para evitarlo. Los transformadores de saturación proporcionan un método simple y resistente para estabilizar una fuente de alimentación de CA.
Los transformadores de potencia con núcleo de ferrita se utilizan ampliamente en fuentes de alimentación conmutadas (SMPS). El núcleo de polvo permite el funcionamiento a alta frecuencia [7] y, por lo tanto, una relación tamaño-potencia mucho menor que los transformadores de hierro laminado.
Los transformadores de ferrita no se utilizan como transformadores de potencia a frecuencia de red porque los núcleos de hierro laminado cuestan menos que un núcleo de ferrita equivalente.
Los fabricantes utilizan láminas de cobre planas o graban patrones en espiral en una placa de circuito impreso para formar los "bobinados" de un transformador planar , reemplazando las vueltas de cable utilizadas para hacer otros tipos. Algunos transformadores planares se venden comercialmente como componentes discretos, otros transformadores planares se graban directamente en la placa de circuito impreso principal y solo necesitan un núcleo de ferrita para colocarse sobre la PCB. Un transformador planar puede ser más delgado que otros transformadores, lo que es útil para aplicaciones de perfil bajo o cuando se apilan varias placas de circuito impreso. [8] Casi todos los transformadores planares utilizan un núcleo planar de ferrita .
Los transformadores de gran tamaño que se utilizan en la distribución de energía o en las subestaciones eléctricas tienen el núcleo y las bobinas sumergidos en aceite , que los enfría y aísla. El aceite circula por conductos en la bobina y alrededor del conjunto de bobina y núcleo, movido por convección. El aceite se enfría por el exterior del tanque en los transformadores de pequeña potencia, y por un radiador enfriado por aire en los transformadores de mayor potencia. Cuando se requiere una potencia mayor, o cuando el transformador está en un edificio o bajo tierra, las bombas de aceite hacen circular el aceite, los ventiladores pueden forzar el aire sobre los radiadores o también se puede utilizar un intercambiador de calor de aceite a agua. [9]
El aceite de transformador es inflamable, por lo que los transformadores llenos de aceite dentro de un edificio se instalan en bóvedas para evitar la propagación del fuego y el humo de un transformador en llamas. Algunos transformadores se construyeron para utilizar PCB resistentes al fuego , pero debido a que estos compuestos persisten en el medio ambiente y tienen efectos adversos sobre los organismos, su uso se ha interrumpido en la mayoría de las áreas; por ejemplo, después de 1979 en Sudáfrica. [10] [11] En su lugar, ahora se utilizan líquidos resistentes al fuego sustitutos, como aceites de silicona .
Los transformadores de potencia de resina fundida recubren los devanados con resina epoxi. Estos transformadores simplifican la instalación ya que son secos, sin aceite refrigerante, por lo que no requieren bóveda ignífuga para instalaciones en interiores. La resina epoxi protege los devanados del polvo y las atmósferas corrosivas. Sin embargo, debido a que los moldes para fundir las bobinas solo están disponibles en tamaños fijos, el diseño de los transformadores es menos flexible, lo que puede hacerlos más costosos si se requieren características personalizadas (voltaje, relación de vueltas, tomas). [12] [13]
Un transformador de aislamiento conecta dos circuitos magnéticamente, pero no proporciona una ruta conductora metálica entre los circuitos. Un ejemplo de aplicación sería en el suministro de energía para equipos médicos, cuando es necesario evitar cualquier fuga del sistema de alimentación de CA a los dispositivos conectados a un paciente. Los transformadores de aislamiento para fines especiales pueden incluir protección para evitar el acoplamiento de ruido electromagnético entre circuitos, o pueden tener un aislamiento reforzado para soportar miles de voltios de diferencia de potencial entre los circuitos primario y secundario.
Un transformador de estado sólido es en realidad un convertidor de potencia que realiza la misma función que un transformador convencional, a veces con funciones adicionales. La mayoría contiene un transformador de alta frecuencia más pequeño. Puede consistir en un convertidor de CA a CA o en un rectificador que alimenta un inversor.
Los transformadores de medida se utilizan normalmente para operar instrumentos desde líneas de alta tensión o circuitos de alta corriente, aislando de forma segura los circuitos de medición y control de las altas tensiones o corrientes. El devanado primario del transformador está conectado al circuito de alta tensión o alta corriente, y el medidor o relé está conectado al circuito secundario. Los transformadores de medida también pueden utilizarse como transformadores de aislamiento para que las magnitudes secundarias puedan utilizarse sin afectar a los circuitos primarios. [14]
Las identificaciones de terminales (alfanuméricos como H 1 , X 1 , Y 1 , etc. o un punto o mancha de color impreso en la caja) indican un extremo de cada bobinado, lo que indica la misma polaridad y fase instantáneas entre bobinados. Esto se aplica a ambos tipos de transformadores de medida. La identificación correcta de terminales y cableado es esencial para el funcionamiento adecuado de la instrumentación de medición y relés de protección.
Un transformador de corriente (TC) es un dispositivo de medición conectado en serie diseñado para proporcionar una corriente en su bobina secundaria proporcional a la corriente que fluye en su bobina primaria. Los transformadores de corriente se utilizan comúnmente en relés de medición y protección en la industria de la energía eléctrica .
Los transformadores de corriente se construyen a menudo haciendo pasar una sola espira primaria (ya sea un cable aislado o una barra colectora sin aislar) a través de un núcleo toroidal bien aislado envuelto con muchas espiras de cable. El TC se describe típicamente por su relación de corriente entre el primario y el secundario. Por ejemplo, un TC 1000:1 proporciona una corriente de salida de 1 amperio cuando fluyen 1000 amperios a través del devanado primario. Las corrientes nominales secundarias estándar son 5 amperios o 1 amperio, compatibles con los instrumentos de medición estándar. El devanado secundario puede tener una relación única o tener varios puntos de toma para proporcionar una variedad de relaciones. Se debe tener cuidado para asegurarse de que el devanado secundario no esté desconectado de su carga de baja impedancia mientras fluye corriente en el primario, ya que esto puede producir un voltaje peligrosamente alto a través del secundario abierto y puede afectar permanentemente la precisión del transformador.
También se utilizan transformadores de corriente de banda ancha especialmente construidos , generalmente con un osciloscopio , para medir formas de onda de alta frecuencia o corrientes pulsadas dentro de sistemas de energía pulsada . Un tipo proporciona una salida de voltaje que es proporcional a la corriente medida. Otro, llamado bobina de Rogowski , requiere un integrador externo para proporcionar una salida proporcional.
Una pinza amperimétrica utiliza un transformador de corriente con un núcleo dividido que se puede enrollar fácilmente alrededor de un conductor en un circuito. Este es un método común que se utiliza en instrumentos de medición de corriente portátiles, pero las instalaciones permanentes utilizan tipos de transformadores de corriente más económicos.
Los transformadores de tensión (VT), también llamados transformadores de potencial (PT), son un tipo de transformador de medida conectado en paralelo, que se utiliza para medición y protección en circuitos de alta tensión o aislamiento por desplazamiento de fase fasorial. Están diseñados para presentar una carga insignificante a la fuente que se está midiendo y para tener una relación de tensión precisa que permita una medición precisa. Un transformador de potencial puede tener varios devanados secundarios en el mismo núcleo que un devanado primario, para su uso en diferentes circuitos de medición o protección. El primario puede estar conectado fase a tierra o fase a fase. El secundario suele estar conectado a tierra en un terminal.
Existen tres tipos principales de transformadores de tensión (TT): electromagnéticos, de condensador y ópticos. El transformador de tensión electromagnético es un transformador de alambre bobinado. El transformador de tensión de condensador utiliza un divisor de potencial de capacitancia y se utiliza a voltajes más altos debido a un menor costo que un TT electromagnético. Un transformador de tensión óptico explota las propiedades eléctricas de los materiales ópticos. [15] La medición de altos voltajes es posible mediante los transformadores de potencial. Un transformador de tensión óptico no es estrictamente un transformador, sino un sensor similar a un sensor de efecto Hall .
Un transformador de medida combinado encierra un transformador de corriente y un transformador de tensión en el mismo transformador. Existen dos diseños principales de transformadores de corriente y tensión combinados: con aislamiento de papel-aceite y con aislamiento de SF6 . [ 16] Una ventaja de aplicar esta solución es la reducción del espacio ocupado por la subestación , debido a la menor cantidad de transformadores en una bahía, estructuras de soporte y conexiones, así como a los menores costos de obras civiles, transporte e instalación. [17]
Un transformador de pulsos es un transformador optimizado para transmitir pulsos eléctricos rectangulares (es decir, pulsos con tiempos de subida y bajada rápidos y una amplitud relativamente constante ). Se utilizan versiones pequeñas denominadas tipos de señal en circuitos de telecomunicaciones y lógica digital , como en Ethernet , a menudo para adaptar los controladores lógicos a las líneas de transmisión . También se denominan módulos transformadores Ethernet.
Las versiones de potencia de tamaño medio se utilizan en circuitos de control de potencia, como los controladores de flash de cámaras . Las versiones de mayor potencia se utilizan en la industria de distribución de energía eléctrica para interconectar circuitos de control de bajo voltaje con las compuertas de alto voltaje de semiconductores de potencia . También se utilizan transformadores de pulsos de alto voltaje especiales para generar pulsos de alta potencia para radares , aceleradores de partículas u otras aplicaciones de potencia pulsada de alta energía . [18]
Para minimizar la distorsión de la forma del pulso, un transformador de pulso necesita tener valores bajos de inductancia de fuga y capacitancia distribuida , y una inductancia de circuito abierto alta. En transformadores de pulso de tipo de potencia, una capacitancia de acoplamiento baja (entre el primario y el secundario) es importante para proteger los circuitos en el lado primario de transitorios de alta potencia creados por la carga. Por la misma razón, se requieren alta resistencia de aislamiento y alto voltaje de ruptura. Una buena respuesta transitoria es necesaria para mantener la forma de pulso rectangular en el secundario, porque un pulso con bordes lentos crearía pérdidas de conmutación en los semiconductores de potencia.
El producto de la tensión de pico del pulso y la duración del pulso (o, más precisamente, la integral de tensión-tiempo) se utiliza a menudo para caracterizar los transformadores de pulso. En términos generales, cuanto mayor sea este producto, más grande y más caro será el transformador.
Los transformadores de pulso, por definición, tienen un ciclo de trabajo de menos de 1 ⁄ 2 ; cualquier energía almacenada en la bobina durante el pulso debe "descargarse" antes de que el pulso se dispare nuevamente.
Hay varios tipos de transformadores utilizados en el trabajo de radiofrecuencia (RF), que se distinguen por cómo están conectados sus devanados y por el tipo de núcleos (si hay alguno) en los que se enrollan las espiras de la bobina.
El acero laminado utilizado para los núcleos de los transformadores de potencia es muy ineficiente en RF, desperdiciando mucha energía de RF en forma de calor, por lo que los transformadores para uso en frecuencias de radio tienden a utilizar cerámica magnética para los núcleos de bobinado, como hierro en polvo (para frecuencias de onda media y onda corta inferior ) o ferrita (para onda corta superior ). El material del núcleo alrededor del cual se envuelve una bobina puede aumentar su inductancia drásticamente, cientos a miles de veces más que el "aire", lo que aumenta la Q del transformador . Los núcleos de dichos transformadores tienden a ayudar al máximo al rendimiento en el extremo inferior de la banda de frecuencia para la que fue diseñado el transformador.
Los transformadores de RF antiguos a veces incluían una tercera bobina adicional (llamada devanado tickler) para inyectar retroalimentación en una etapa anterior ( detector ) en los receptores de radio regenerativos antiguos .
Los transformadores denominados “con núcleo de aire” en realidad no tienen núcleo, sino que están enrollados sobre estructuras o marcos no magnéticos o simplemente se mantienen en forma gracias a la rigidez del alambre enrollado. Se utilizan para trabajar con frecuencias muy altas y ondas cortas superiores .
La falta de un núcleo magnéticamente reactivo significa una inductancia muy baja por vuelta, lo que requiere muchas vueltas de cable en la bobina del transformador. Toda corriente directa excita la corriente inversa e induce un voltaje secundario que es proporcional a la inductancia mutua. [19] En VHF , dichos transformadores pueden no ser más que unas pocas vueltas de cable soldadas a una placa de circuito impreso .
Los transformadores con núcleo de ferrita se utilizan ampliamente en transformadores de RF, especialmente para equilibrar la corriente (ver a continuación) y adaptar la impedancia para antenas de TV y radio. Debido a la enorme mejora en la inductancia que produce la ferrita, muchos transformadores con núcleo de ferrita funcionan bien con solo una o dos vueltas.
La ferrita es un material cerámico muy reactivo magnéticamente, hecho de óxido de hierro (óxido) mezclado con pequeñas fracciones de otros metales o sus óxidos , como magnesio , zinc y níquel . Diferentes mezclas responden mejor a diferentes frecuencias. Debido a que son cerámicas, las ferritas son (casi) no conductoras, por lo que responden solo a los campos magnéticos creados por las corrientes cercanas y no a los campos eléctricos creados por los voltajes que las acompañan.
Para el uso en radiofrecuencia , los transformadores de " estrangulación " a veces se fabrican a partir de bobinados de líneas de transmisión conectados en paralelo. A veces, los bobinados son de cable coaxial , a veces bifilares (alambres paralelos emparejados); cualquiera de ellos se enrolla alrededor de un núcleo de ferrita , hierro en polvo o "aire". Este tipo de transformador proporciona un ancho de banda extremadamente amplio, pero solo se puede lograr un número limitado de relaciones de impedancia (como 1:1, 1:4 o 1:9) con esta técnica.
Los transformadores de estrangulación a veces se denominan transformadores de línea de transmisión (aunque consulte a continuación un tipo de transformador diferente con el mismo nombre), o transformadores Guanella , o baluns de corriente , o aisladores de línea . Aunque se los denomina transformadores de "línea de transmisión", se diferencian de los transformadores fabricados a partir de segmentos de línea de transmisión.
En frecuencias de radio y frecuencias de microondas , un transformador de impedancia de cuarto de onda puede proporcionar adaptación de impedancia entre circuitos en un rango limitado de frecuencias, utilizando solo una sección de línea de transmisión de no más de un 1 /4 longitud de onda . La línea puede ser un cable coaxial, una guía de ondas, una línea de banda o una microbanda . Para frecuencias superiores de VHF y UHF , donde la autorresonancia de la bobina interfiere con el funcionamiento adecuado, suele ser el único método factible para transformar las impedancias de línea.
Los transformadores de frecuencia única se fabrican utilizando secciones de línea de transmisión, a menudo denominadas "sección de adaptación" o "stub de adaptación". Al igual que el transformador de estrangulación anterior, también se lo denomina "transformador de línea de transmisión", aunque ambos son muy diferentes en forma y funcionamiento.
A menos que termine en su impedancia característica , cualquier línea de transmisión producirá ondas estacionarias de impedancia a lo largo de su longitud, repitiendo exactamente cada longitud de onda completa y cubriendo su rango completo de valores absolutos en solo un cuarto de onda . Se puede explotar este comportamiento para transformar corrientes y voltajes conectando secciones de línea de transmisión con impedancias no coincidentes para crear deliberadamente una onda estacionaria en una línea, y luego cortar y reconectar a la línea en la posición donde se alcanza una impedancia deseada, sin requerir nunca más de un 1 /4 ola de linea despareja.
Este tipo de transformador es muy eficiente (muy poca pérdida) pero está severamente limitado en el rango de frecuencia en el que operará: mientras que el transformador de estrangulamiento, mencionado anteriormente, tiene una banda muy ancha , un transformador de sección de línea tiene una banda muy estrecha.
"Balun" es un nombre genérico para cualquier transformador configurado específicamente para conectarse entre circuitos balanceados (sin conexión a tierra) y desbalanceados (con conexión a tierra). Pueden fabricarse utilizando cualquier tipo de transformador, pero el equilibrio real logrado depende del tipo; por ejemplo, los baluns de "estrangulación" producen corriente balanceada y los baluns de tipo autotransformador producen voltajes balanceados. Los baluns también pueden fabricarse a partir de configuraciones de línea de transmisión, utilizando cable bifilar o coaxial similares a los transformadores de línea de transmisión en construcción y funcionamiento.
Además de interactuar entre cargas balanceadas y no balanceadas mediante la producción de corriente balanceada o voltaje balanceado (o ambos), los baluns también pueden transformar (adaptar) por separado la impedancia entre las cargas.
Los transformadores con núcleo de ferrita se utilizan ampliamente en las etapas de frecuencia intermedia (FI) de los receptores de radio superheterodinos . En su mayoría, son transformadores sintonizados que contienen un núcleo de ferrita roscado que se enrosca hacia adentro o hacia afuera para ajustar la sintonización de FI. Los transformadores suelen estar encapsulados (blindados) para lograr estabilidad y reducir las interferencias.
Los transformadores de audio son aquellos diseñados específicamente para su uso en circuitos de audio para transportar señales de audio . Se pueden utilizar para bloquear la interferencia de radiofrecuencia o el componente de CC de una señal de audio, para dividir o combinar señales de audio o para proporcionar una adaptación de impedancia entre circuitos de alta y baja impedancia, como entre la salida de un amplificador de tubo (válvula) de alta impedancia y un altavoz de baja impedancia , o entre la salida de un instrumento de alta impedancia y la entrada de baja impedancia de una consola de mezclas . Los transformadores de audio que funcionan con voltajes y corrientes de altavoz son más grandes que los que funcionan a nivel de micrófono o línea, que transportan mucha menos potencia. Los transformadores de puente conectan circuitos de comunicación de 2 y 4 cables .
Al ser dispositivos magnéticos, los transformadores de audio son susceptibles a campos magnéticos externos, como los generados por conductores que transportan corriente alterna. El término " zumbido " se utiliza comúnmente para describir señales no deseadas que se originan en la fuente de alimentación de la " red eléctrica " (normalmente de 50 o 60 Hz). [20] Los transformadores de audio utilizados para señales de bajo nivel, como las de los micrófonos, suelen incluir un blindaje magnético para protegerlos contra señales extrañas acopladas magnéticamente.
Los transformadores de audio fueron diseñados originalmente para conectar diferentes sistemas telefónicos entre sí mientras se mantenían sus respectivas fuentes de alimentación aisladas, y todavía se usan comúnmente para interconectar sistemas de audio profesionales o componentes de sistemas, para eliminar zumbidos y ruidos. Estos transformadores suelen tener una relación de 1:1 entre el primario y el secundario. Estos también se pueden usar para dividir señales, equilibrar señales no balanceadas o alimentar una señal balanceada a un equipo no balanceado. Los transformadores también se usan en cajas DI para convertir señales de instrumentos de alta impedancia (por ejemplo, bajo ) en señales de baja impedancia para permitir que se conecten a una entrada de micrófono en la consola de mezclas .
Un componente particularmente crítico es el transformador de salida de un amplificador de válvulas . Los circuitos de válvulas para una reproducción de calidad se han producido desde hace mucho tiempo sin otros transformadores de audio (entre etapas), pero se necesita un transformador de salida para acoplar la impedancia relativamente alta (hasta unos pocos cientos de ohmios según la configuración) de la(s) válvula(s) de salida a la baja impedancia de un altavoz . (Las válvulas pueden entregar una corriente baja a un alto voltaje; los altavoces requieren una corriente alta a bajo voltaje). La mayoría de los amplificadores de potencia de estado sólido no necesitan transformador de salida en absoluto.
Los transformadores de audio afectan la calidad del sonido porque no son lineales. Añaden distorsión armónica a la señal original, especialmente armónicos de orden impar, con énfasis en los armónicos de tercer orden. Cuando la amplitud de la señal entrante es muy baja, no hay suficiente nivel para energizar el núcleo magnético (ver coercitividad e histéresis magnética ). Cuando la amplitud de la señal entrante es muy alta, el transformador se satura y añade armónicos por recorte suave. [21] Otra no linealidad proviene de la respuesta de frecuencia limitada. Para una buena respuesta de baja frecuencia se requiere un núcleo magnético relativamente grande ; el manejo de alta potencia aumenta el tamaño del núcleo requerido. Una buena respuesta de alta frecuencia requiere devanados cuidadosamente diseñados e implementados sin inductancia de fuga excesiva o capacitancia parásita . Todo esto hace que sea un componente caro.
Los primeros amplificadores de potencia de audio con transistores a menudo tenían transformadores de salida, pero se eliminaron cuando los avances en semiconductores permitieron el diseño de amplificadores con una impedancia de salida suficientemente baja para accionar un altavoz directamente.
De la misma manera que los transformadores crean circuitos de transmisión de energía de alto voltaje que minimizan las pérdidas de transmisión, los transformadores de altavoces pueden alimentar muchos altavoces individuales desde un solo circuito de audio operado a voltajes de altavoz más altos que los normales. Esta aplicación es común en aplicaciones de megafonía . Dichos circuitos se conocen comúnmente como sistemas de altavoces de voltaje constante . Dichos sistemas también se conocen por el voltaje nominal de la línea de altavoces, como sistemas de altavoces de 25 , 70 y 100 voltios (el voltaje correspondiente a la potencia nominal de un altavoz o amplificador). Un transformador eleva la salida del amplificador del sistema al voltaje de distribución. En las ubicaciones distantes de los altavoces, un transformador reductor adapta el altavoz al voltaje nominal de la línea, por lo que el altavoz produce una salida nominal nominal cuando la línea está al voltaje nominal. Los transformadores de altavoces suelen tener múltiples tomas primarias para ajustar el volumen en cada altavoz en pasos.
Los amplificadores de válvulas (de tubo) casi siempre utilizan un transformador de salida para adaptar el requisito de alta impedancia de carga de las válvulas (varios kiloohmios) a un altavoz de baja impedancia.
Los cartuchos fonográficos de bobina móvil producen un voltaje muy pequeño. Para que se amplifique con una relación señal-ruido razonable, normalmente se necesita un transformador para convertir el voltaje al rango de los cartuchos de imán móvil más comunes.
Los micrófonos también pueden adaptarse a su carga con un pequeño transformador, que está blindado con mu-metal para minimizar la captación de ruido. Estos transformadores se utilizan menos hoy en día, ya que los búferes transistorizados son más baratos.
En un amplificador push-pull , se requiere una señal invertida que se puede obtener de un transformador con un devanado con toma central, que se utiliza para accionar dos dispositivos activos en fase opuesta. Estos transformadores de división de fase no se utilizan mucho en la actualidad.
Un transactor es una combinación de un transformador y un reactor . Un transactor tiene un núcleo de hierro con un entrehierro, que limita el acoplamiento entre los devanados. [22]
Los transformadores Hedgehog se encuentran ocasionalmente en radios caseras de la década de 1920. Son transformadores de acoplamiento entre etapas de audio caseros.
Se enrolla un alambre de cobre esmaltado alrededor de la mitad central de un manojo de alambre de hierro aislado (por ejemplo, alambre de floristería) para formar los devanados. Luego, los extremos de los alambres de hierro se doblan alrededor del devanado eléctrico para completar el circuito magnético y el conjunto se envuelve con cinta o cuerda para mantenerlo unido.
Un variómetro es un tipo de inductor de RF con núcleo de aire de variación continua con dos devanados. [23] Una forma común consistía en una bobina enrollada en una forma cilíndrica hueca corta, con una segunda bobina más pequeña en el interior, montada en un eje de modo que su eje magnético pueda rotar con respecto a la bobina exterior. Las dos bobinas están conectadas en serie. Cuando las dos bobinas son colineales, con sus campos magnéticos apuntando en la misma dirección, los dos campos magnéticos se suman y la inductancia es máxima. Si la bobina interior se gira de modo que su eje forme un ángulo con la bobina exterior, los campos magnéticos no se suman y la inductancia es menor. Si la bobina interior se gira de modo que sea colineal con la bobina exterior pero sus campos magnéticos apuntan en direcciones opuestas, los campos se cancelan entre sí y la inductancia es muy pequeña o cero. La ventaja del variómetro es que la inductancia se puede ajustar de forma continua, en un amplio rango. Los variómetros se utilizaron ampliamente en los receptores de radio de la década de 1920. Uno de sus principales usos hoy en día es como bobinas de adaptación de antenas para adaptar los transmisores de radio de onda larga a sus antenas.
El varioacoplador era un dispositivo de construcción similar, pero las dos bobinas no estaban conectadas, sino unidas a circuitos separados. Por lo tanto, funcionaba como un transformador de RF con núcleo de aire y acoplamiento variable. La bobina interna podía rotar de 0° a 90° con respecto a la externa, lo que reducía la inductancia mutua del máximo a casi cero.
El variómetro de bobina plana era otra construcción común utilizada en los receptores y transmisores de la década de 1920. Consistía en dos bobinas espirales planas suspendidas verticalmente una frente a la otra, articuladas en un lado de modo que una pudiera oscilar en dirección opuesta a la otra hasta un ángulo de 90° para reducir el acoplamiento. El diseño de espiral plana servía para reducir la capacitancia parásita y las pérdidas en las frecuencias de radio.
Los varioacopladores de bobinas en forma de panal o "panal" se utilizaron en la década de 1920 en los receptores de radio regenerativos comunes Armstrong o "tickler" . Una bobina se conectaba al circuito de rejilla del tubo detector . La otra bobina, la bobina "tickler", se conectaba al circuito de placa (salida) del tubo. Realimentaba parte de la señal del circuito de placa a la entrada nuevamente, y esta retroalimentación positiva aumentaba la ganancia y la selectividad del tubo .
Un transformador rotatorio es un transformador especializado que acopla señales eléctricas entre dos piezas que giran una respecto de la otra, como alternativa a los anillos rozantes , que son propensos al desgaste y al ruido de contacto. Se utilizan comúnmente en aplicaciones de cinta magnética de escaneo helicoidal .
Un transformador diferencial variable es un sensor de posición resistente sin contacto. Tiene dos primarios con fases opuestas que nominalmente producen una salida cero en el secundario, pero cualquier movimiento del núcleo cambia el acoplamiento para producir una señal.
El resolver bifásico y el sincro trifásico relacionado son sensores de posición rotatorios que funcionan en un rango completo de 360°. El primario gira dentro de dos o tres secundarios en diferentes ángulos, y las amplitudes de las señales secundarias se pueden decodificar en un ángulo. A diferencia de los transformadores diferenciales variables, las bobinas, y no solo el núcleo, se mueven entre sí, por lo que se requieren anillos colectores para conectar el primario.
Los resolutores producen componentes en fase y en cuadratura que son útiles para los cálculos. Los sincros producen señales trifásicas que se pueden conectar a otros sincros para rotarlos en una configuración de generador/motor.
Dos transductores piezoeléctricos se pueden acoplar o integrar mecánicamente en una sola pieza de material, creando un transformador piezoeléctrico .
Un transformador flyback es un transformador de alta tensión y alta frecuencia que se utiliza en bolas de plasma y con tubos de rayos catódicos (TRC). Proporciona la alta tensión de CC del ánodo (a menudo de varios kV) necesaria para el funcionamiento de los TRC. Las variaciones en la tensión del ánodo suministrada por el flyback pueden provocar distorsiones en la imagen que muestra el TRC. Los flybacks de los TRC pueden contener varios devanados secundarios para proporcionar varios otros voltajes más bajos. Su salida suele ser pulsada porque se suele utilizar con un multiplicador de tensión, que puede estar integrado con el flyback.
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