¿Qué es un transformador de potencia?

Un transformador de potencia es un dispositivo eléctrico estático que transfiere energía eléctrica entre dos o más circuitos mediante el principio de inducción electromagnética. Es un componente esencial en los sistemas de energía, ya que permite la transmisión, distribución y utilización eficiente de la energía eléctrica al ajustar los niveles de voltaje manteniendo la frecuencia constante (en la mayoría de los casos).
Funciones clave de los transformadores de potencia
Transformación de voltaje:
Transformadores elevadores: Aumentan el voltaje para la transmisión a larga distancia. Un voltaje más alto reduce la corriente (en P=VI), minimizando la pérdida de potencia (I₂R) en las líneas de transmisión.
Transformadores reductores: Reducen el voltaje a niveles más seguros y utilizables para aplicaciones industriales, comerciales o residenciales (por ejemplo, de líneas de distribución de 110 kV a suministro doméstico de 230 V).
Aislamiento:
Aíslan eléctricamente los circuitos (los devanados primario y secundario no están conectados físicamente), lo que mejora la seguridad y reduce las interferencias.
Adaptación de impedancia:
Optimizan la transferencia de energía entre circuitos al adaptar la impedancia de las fuentes y las cargas, mejorando así la eficiencia. Estructura básica
Un transformador de potencia consta de los siguientes componentes principales:
Núcleo: Generalmente fabricado con láminas de hierro o acero laminado para minimizar las pérdidas por corrientes de Foucault. Proporciona una trayectoria de baja reluctancia para el flujo magnético.
Bobinas: Bobinas conductoras (generalmente de cobre o aluminio) que envuelven el núcleo.
Bobina primaria: Conectada a la tensión de entrada (fuente).
Bobina secundaria: Entrega la tensión de salida transformada.
Tanque: Una carcasa protectora (a menudo llena de aceite aislante) que enfría el transformador y aísla las bobinas.
Sistema de refrigeración: Sistemas a base de aceite o aire para disipar el calor generado durante el funcionamiento (crucial para la eficiencia y la longevidad).
Materiales aislantes: Papel, aceite o materiales sintéticos para aislar las bobinas y evitar cortocircuitos. Principio de funcionamiento
Los transformadores de potencia funcionan según la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday:
Cuando la corriente alterna (CA) fluye a través del devanado primario, crea un flujo magnético variable en el núcleo.
Este flujo variable induce una fuerza electromotriz (FEM) en el devanado secundario. La relación entre la tensión primaria y secundaria es igual a la relación de sus espiras: V s V p = N s N p Donde V p / V s = tensión primaria/secundaria, y N p / N s = espiras primaria/secundaria.
Tipos de transformadores de potencia clasificados por caso de uso, diseño o fase:
Por aplicación:
Transformadores de distribución: Reductores de tensión para distribución local (p. ej., transformadores de proximidad).
Transformadores de potencia: Se utilizan en redes de transmisión de alta tensión (p. ej., de 220 kV a 500 kV).
Transformadores de medida: Miden altas tensiones/corrientes (p. ej., transformadores de corriente, transformadores de tensión). Por fase:
Monofásico: Para uso residencial (CA monofásica).
Trifásico: Para sistemas industriales y de transmisión (CA trifásica, más eficiente para grandes potencias).
Por refrigeración:
Inmersos en aceite (más comunes para alta potencia).
Tipo seco (refrigerados por aire, utilizados en interiores donde el aceite es un peligro).
Importancia en los sistemas eléctricos
Sin transformadores de potencia, la transmisión eficiente de electricidad a larga distancia sería imposible. La transmisión de alto voltaje reduce las pérdidas de energía, lo que permite suministrar electricidad desde centrales eléctricas (por ejemplo, hidroeléctricas, solares o térmicas) a ciudades y pueblos distantes. Por lo tanto, constituyen la columna vertebral de las redes eléctricas modernas.