Transformador

Cómo se calcula

Un transformador cambia la tensión en la misma proporción en que cambian las espiras de sus bobinados, y la corriente en la proporción inversa: lo que gana en volts lo pierde en amperes, porque la potencia que entra es la que sale.

a = V₁ ÷ V₂ = N₁ ÷ N₂ = I₂ ÷ I₁

Con la potencia aparente S de la placa, la corriente nominal de cada lado es la potencia dividida por su tensión:

I = S ÷ V (monofásico) · I = S ÷ (√3 × V) (trifásico)

En trifásico V es la tensión entre fases y S la potencia total del transformador; el √3 aparece porque esa potencia se reparte entre tres fases.

Ejemplo

Un transformador de distribución de 100 kVA baja de 13.200 V a 380 V. La relación es 13.200 ÷ 380 = 34,7: por cada 34,7 espiras del primario hay una en el secundario. En el lado de baja tensión circulan 100.000 ÷ (1,732 × 380) = 151,9 A a plena carga; en el de media, 100.000 ÷ (1,732 × 13.200) = 4,4 A. Un transformador monofásico de 5 kVA de 220 a 12 V tiene relación 18,3 y entrega 5.000 ÷ 12 = 417 A en el secundario.

Primario y secundario

El primario es el bobinado que se conecta a la fuente y el secundario el que alimenta la carga. Si V₁ es mayor que V₂ el transformador es reductor; si es menor, elevador; con relación 1 es de aislación. Un mismo transformador funciona en ambos sentidos, pero sus aislaciones y protecciones están pensadas para el uso de la placa.

Lo que no considera

Es el transformador ideal: sin pérdidas en el hierro ni en el cobre y sin caída de tensión interna. Un transformador real tiene un rendimiento sobre el 95% y una regulación de unos pocos por ciento, así que el secundario en vacío entrega algo más de tensión que a plena carga. Tampoco calcula la corriente de conexión, que al energizar puede ser varias veces la nominal durante unos ciclos y obliga a usar protecciones de curva lenta en el primario. Las corrientes nominales son la base para elegir las protecciones y para dimensionar los conductores de cada lado; con la de la carga real, la calculadora de amperaje. Para pasar los kVA de la placa a kW hace falta el cos φ de la carga: conversor kW, HP y kVA.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la placa dice kVA y no kW?

Porque el transformador se calienta por la corriente que circula, sin importar si la carga la usa como potencia activa o reactiva. Los kVA fijan la corriente máxima; los kW que efectivamente entrega dependen del cos φ de lo que se conecte: 100 kVA son 100 kW con cos φ 1 y 80 kW con 0,8.

¿Qué corriente uso para elegir las protecciones?

La nominal de cada lado: S ÷ V en monofásico o S ÷ (√3 × V) en trifásico. La del secundario dimensiona el interruptor general de baja tensión y sus conductores; la del primario, la protección de media tensión, que además debe tolerar la corriente de conexión.

¿Puedo usar un transformador al revés, como elevador?

Eléctricamente sí: la relación de espiras funciona en los dos sentidos. En la práctica hay que respetar la tensión máxima de cada bobinado, revisar que el nivel de aislación sea el adecuado y recalcular las protecciones, así que es una decisión de proyecto y no de conexión.

¿Cómo sé las espiras si no las conozco?

Casi nunca hacen falta: las tensiones de la placa ya contienen la relación. Las espiras importan al diseñar o rebobinar un transformador, y ahí basta conocer las de un lado para obtener las del otro con la misma relación de tensiones.