Diccionario Hackaday: Transformadores

Cosas divertidas, electricidad. Se trata de los voltios y los amperios, y de controlar estos dos factores. La mayoría de las veces, la electricidad que ingresa a su dispositivo tiene un voltaje más alto de lo que necesita, por lo que debe convertirlo en algo más utilizable. La forma más fácil de hacer esto es con un transformador.

El transformador de su fuente de alimentación toma un alto voltaje de la red eléctrica y lo convierte en un voltaje más bajo para alimentar sus dispositivos. Encontrará una en todas las fuentes de alimentación, desde la versión USB en miniatura que alimenta su teléfono celular hasta las grandes que cuelgan de un poste de teléfono y alimentan la red eléctrica de su hogar. Aunque estos transformadores son de diferentes tamaños, comparten el mismo diseño fundamental.

El transformador básico son dos bobinas de alambre envueltas alrededor de un núcleo de metal. Se aplica una corriente alterna a una de estas bobinas (llamada primaria), lo que crea un campo magnético en el núcleo de metal. Este campo magnético, a su vez, crea una corriente en la segunda bobina, llamada secundaria. La relación de estas dos corrientes es lo importante, y eso viene definido por la relación de la longitud de cada una de las bobinas, normalmente definida como el número de vueltas que da cada bobina. Si las dos bobinas tienen el mismo número de vueltas, la corriente que entra en la bobina primaria y sale de la bobina secundaria será casi idéntica. Si la bobina secundaria tiene el doble de vueltas, el voltaje casi se duplicará. Si la bobina secundaria tiene la mitad de vueltas, el voltaje se reducirá casi a la mitad. Esto ayuda a explicar la denominación utilizada por los transformadores: step up y step down. El tipo de aumento crea un voltaje más alto (como el que se usa en esta escalera de Jacobs), mientras que el tipo de reducción reduce el voltaje.

Para que un transformador funcione, se debe usar corriente alterna (AC). La CA produce un campo magnético cambiante (llamado flujo) que induce una corriente en la bobina secundaria. Si no hay un campo magnético cambiante, no habrá corriente inducida. Si necesita una salida de CC, la secuencia en una fuente de alimentación comenzará con un transformador para reducir la CA del enchufe de pared a un nivel más bajo, luego esta CA de voltaje más bajo se convertirá en la CC que emite la fuente de alimentación. .

Hay muchos factores que afectan el funcionamiento de los transformadores. Estos incluyen de qué está hecho el núcleo: el metal afecta cómo fluye el campo magnético. Parte de la energía en el campo magnético también se pierde inevitablemente antes de que cree la corriente en la bobina secundaria, lo que se denomina pérdida por corrientes de Foucault.

Todo esto afecta el rendimiento del transformador, por lo que la mayoría de los transformadores están diseñados a medida para el propósito específico en mente. El diseño de transformadores es un arte complicado que requiere que se tengan en cuenta muchos factores. Un buen comienzo es una guía de diseño como esta de Wurth, que fabrica componentes y kits de transformadores.

También hay varios tipos diferentes de transformadores, incluidos los tipos flyback utilizados en diseños de alto voltaje, como tubos de rayos catódicos (CRT), tipos toroidales que contienen el campo magnético, autotransformadores que pueden manejar diferentes voltajes de entrada sin dejar de producir un voltaje de salida fijo, transformadores con núcleo de aire, que no tienen núcleo metálico y son más pequeños, y transformadores pizeo, que utilizan un elemento pizeoeléctrico para detectar la fuerza física.

Sin embargo, no necesitas un kit para experimentar con transformadores. Un transformador puede ser tan simple como un par de pedazos de alambre enrollados alrededor de unas pocas piezas de acero, o dos pedazos de alambre enrollados alrededor de un anillo de metal, por lo que es fácil experimentar por tu cuenta.