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El transformador eléctrico
Inductancia
Mutua.
Los
efectos electromagnéticos producidos entre dos circuitos
que se encuentren próximos, esto es, cuando los respectivos
campos magnéticos de los mismos se influencien entre sí,
han sido incluidos bajo la denominación de inductancia mutua
o inducción mutua. Estos fenómenos son de gran aplicación
en electrónica, radio y TV. Donde los transformadores de
corriente eléctrica representan un ejemplo típico
de la inducción mutua entre dos circuitos.
Para
poder interpretar mejor el efecto de inducción mutua, recurramos
a la figura 4 siguiente, donde se representa un inductor L1, alimentado
por una corriente alterna y otro inductor L2 al que vamos a considerar
se encuentra próximo al primero, de modo que sea influenciado
por el campo magnético de aquel.
Evidentemente,
al cerrar el circuito sobre L1, circulará por este bobinado
una corriente alterna, que a su vez, dará origen a un campo
magnético variable. Como L2 está próximo, este
campo magnético ejercerá su acción sobre el
mismo, creando sobre L2 una f.e.m. de autoinducción.
La
tensión presente sobre L2, originará una circulación
de corriente que será acusada por el galvanómetro
intercalado. Por lo tanto, L2, a su vez, originará un nuevo
campo magnético debido a la f.e.m. inducida, y este nuevo
campo magnético afectará también a L1, que
fue el que le dio origen.
De
resultas de ello se verán, pues, afectadas las respectivas
autoinducciones de L1 y L2 en sus valores propios. Cuanto más
próximos se encuentren entre sí ambos bobinados, mayor
será el efecto mutuo provocado.

Fig.
4 - Inducción mútua entre dos bobinas acopladas magnéticamente
.
Definimos
al Henrio o Henry como la unidad de inductancia, diciendo que se
tenía una inductancia de 1 Henrio cuando una bobina recorrida
por una corriente que variaba a razón de 1 Amperio por segundo,
era capaz de generar una f.e.m. de autoinducción de 1 Voltio.
O en otras palabras, el henrio (símbolo H) es la unidad de medida de la inductancia en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Se define como la inductancia de un circuito en el que una corriente que cambia a razón de 1 amperio por segundo produce una fuerza electromotriz (f.e.m.) de autoinducción de 1 voltio.
En resumen, la inductancia se define como la relación entre la f.e.m. inducida en una bobina y la tasa de cambio de la corriente que circula por ella. Cuanto mayor sea la inductancia de una bobina, mayor será la cantidad de energía almacenada en ella cuando se aplica una corriente. La unidad de medida del henrio es importante en la electrónica y en la ingeniería eléctrica, ya que ayuda a describir la relación entre corriente y voltaje en circuitos que contienen inductores.
Matemáticamente, la inductancia L se expresa como:
L = ΔΦ / ΔI
donde ΔΦ es la variación del flujo magnético en la bobina y ΔI es la tasa de cambio de la corriente que la atraviesa.
Cuando la corriente que circula por la bobina varía, se produce un cambio en el flujo magnético que la rodea, lo que a su vez genera una f.e.m. inducida en la bobina. La inductancia mide la cantidad de flujo magnético que se genera por unidad de corriente que circula por la bobina. Por lo tanto, cuanto mayor sea la inductancia, mayor será la cantidad de energía almacenada en la bobina cuando se aplica una corriente.
Pues bien, podemos decir ahora que el valor de Inductancia Mutua
del circuito de la figura 4 será de 1 Henrio cuando una variación
de corriente de 1 Amperio por segundo sobre L1, genere sobre L2
una f.e.m. inducida de 1 Voltio.
Es
natural, pensar entonces, que para que sobre L2 se genere 1 Voltio,
será necesario aproximarlo a L1 en una medida dada. Esto
determinará el grado de acoplamiento entre ambos circuitos
y afectará al valor de inductancia mutua. Se dice que dos
circuitos se encuentran acoplados entre sí por la inductancia
mutua. Esta se representa con la letra M.
Generalmente
se hace uso de la inductancia mutua para transferir, por medios
magnéticos, la energía eléctrica de un circuito
a otro. La inductancia mutua de dos circuitos magnéticos
es máxima cuando se logra un acoplamiento máximo.
En el caso de la figura 1 que consideramos, si todas las líneas
de fuerza generadas por L1 alcanzan o cortan a todas las espiras
de L2, existe acoplamiento máximo.
Como
esta condición resulta en la práctica imposible de
alcanzar, se puede expresar el grado de acoplamiento entre dos circuitos
en tanto por ciento. Hay acoplamiento, digamos, del 25 %, cuando
todas las líneas de fuerza atraviesan solo una parte del
bobinado o cuando solo una cuarta parte de las líneas de
fuerza atraviesan todo el bobinado. Es posible llegar a un grado
de acoplamiento de casi el 100 % cuando se montan dos bobinados
sobre un mismo núcleo, como en el caso de los transformadores
de potencia, en los cuales es imprescindible una elevada transferencia
de un circuito a otro.
Probablemente la aplicación más útil de la inducción electromagnética, aparte de la generación de energía eléctrica, sea el transformador.
Sólo se induce f.e.m. cuando existe un cambio en el flujo magnético que atraviesa una bobina. Este cambio se puede producir por medio de un movimiento o conectando y desconectando el circuito, pero si el campo se produce por medio de una corriente alterna éste cambiará de valor y de dirección continuamente. Esto tiene como consecuencia la aparición de una f.e.m. inducida que cambia constantemente. El transformador es, por tanto, un aparato de corriente alterna en el cual por medio de una corriente alterna en su entrada se genera una f.e.m. alterna en su salida.
En la figura siguiente se muestra el principio del transformador.

Figura -Principio de funcionamiento del transformador.
Cuanto más cerca se puedan poner las bobinas una de otra, mejor alcanzará el campo del primario al secundario, es decir, que se dispersará menos flujo magnético. El mejor sistema es unir las bobinas por medio de un núcleo de hierro para obtener el máximo aprovechamiento del campo magnético. En la figura a continuación se muestra cómo se puede llevar a cabo esto en la práctica.
El
factor de Inductancia Mutua que hemos analizado, se utiliza en la
práctica para transferir energía de un circuito a
otro mediante un elemento electromagnético denominado transformador.
Es
muy posible que el transformador sea, en el campo de la electricidad
aplicada, uno de los dispositivos más ampliamente utilizados,
se le denomina comúnmente transformador estático,
por cuanto carece de partes móviles. En su expresión
más simple, un transformador está constituido por
un devanado primario al cual se le aplica la energía eléctrica
y un bobinado secundario, del cual se extrae la energía a
consumir. Se denomina transformador elevador de tensión aquel
que entrega sobre el secundario un potencial mayor que el del primario
y transformador reductor de tensión el que posee un secundario
que suministra menor tensión que la del primario. Existen
también transformadores que entregan en el secundario igual
tensión que la del primario, pero en estos casos son utilizados
simplemente como elementos de enlace entre dos circuitos.

Fig.
2 - Transformador estático con núcleo magnético
cerrado .
En
la figura 2 representamos un transformador simple, el cual consta
de un bobinado L1, primario, alimentado por corriente alterna y
otro devanado, secundario, L2, acoplado, magnéticamente al
primero, mediante un núcleo de láminas de hierro.
Este núcleo, como ya hemos estudiado, permite una mejor transferencia
del flujo magnético originado. En la figura puede apreciarse
que el núcleo se encuentra cerrado lo cual intensifica el
campo y hace disminuir las pérdidas .

Fig.
3 - Variaciones en la intensidad del campo magnético ( en
Gauss ) producidas en un transformador alimentado por una corriente
alterna sinusoidal .
Y
bien, siendo la tensión aplicada sobre el primario alternada,
naturalmente que sufrirá variaciones periódicas en
sus valores. Esto hará que el campo magnético originado
se expanda y se contraiga, acorde con las variaciones de la corriente
aplicada al primario. En efecto, la intensidad del campo H (en Gauss)
variará según la representación gráfica
de la figura 3, siendo por lo tanto este campo variable en una frecuencia
igual a la de la f.e.m., alterna aplicada al transformador.
Consecuentemente,
sobre el secundario se hará presente una tensión inducida
de las mismas características que la del primario y que hará
circular por este circuito una corriente que será acusada
por el instrumento intercalado, según se aprecia en la figura
2. Ambos circuitos, primario y secundario, estarán acoplados
magnéticamente entre sí por la inductancia mutua del
conjunto, acrecentada por la presencia del núcleo laminado.
La forma que presenta este núcleo y la disposición
de los bobinados no es precisamente la ideal a los fines de lograr
una máxima transferencia de energía del primario al
secundario.
En
la práctica, y muy especialmente en los transformadores de
poder y también de audiofrecuencia (utilizados en los viejos
amplificadores de sonido), se construyen transformadores bobinados
sobre núcleos aun más cerrados, tal como se aprecia
en la figura 4, montándose el secundario sobre el devanado
primario. Bajo esta disposición, el flujo magnético
permite ser aprovechado al máximo, aumentando la intensidad
del campo. Esto se traduce en una f.e.m. inducida mayor sobre el
secundario, pues prácticamente, casi la totalidad de las
líneas de fuerza pasan a través del núcleo
de hierro.
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