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Transformadores eléctricos. Construcciones especiales.

Las construcciones del núcleo y armazón destinados a los transformadores para frecuencias  utilitarias  también funcionan bien para frecuencias de audio. Pero en el momento en que lleguemos a las frecuencias de audio medias y altas, las dificultades comienzan a aparecer debido a las laminaciones delgadas necesarias. Además, las pérdidas en el núcleo de silicio del transformador de acero de 50/60 Hz tienden a ser excesivas. Los transformadores que trabajan en la región de 10 kHz y superiores son a menudo diseñados alrededor de núcleos toroidales. Estos son hechos de varias sustancias magnéticas como hierro en polvo,  ferritas y formulaciones de aleaciones. Un transformador toroidal típico se muestra en la figura. 1. Los núcleos toroidales envueltos en cinta utilizando varias aleaciones permeables magnéticamente también se encuentran en aplicaciones especializadas.

Figura 1.  El núcleo toroidal tiene muchas aplicaciones en transformadores no utilitarios. Estos estructuras de núcleo están hechas de ferrita, metal en polvo y aleaciones. Los núcleos de cinta  también están disponible en la forma toroidal. En su mayor parte, tales transformadores encuentran aplicaciones en frecuencias de audio, radio y valores cercanos a las microondas. Diversas formulaciones obtienen rendimiento óptimo a rangos de frecuencia especificados, características de permeabilidad y de pérdidas. Los núcleos de cinta, por ejemplo, funcionan mejor en la banda de frecuencia de audio. Tanto el hierro en polvo como los núcleos de ferrita se utilizan a frecuencias de radio.

Figura 1a. Distintos tipos de transformadores toroidales

A pesar de que los muchos tipos diferentes de materiales de núcleos utilizados en puede al comienzo ser confuso, en realidad es una situación satisfactoria. Esto es porque resulta conveniente seleccionar un material que pueda producir resultados óptimos para el propósito en mano. Los fabricantes tienen un riguroso control sobre especificaciones, la tolerancia y la reproducibilidad. Muchos experimentadores buscan trabajar con toroides porque uno se libera de tener que apilar laminaciones para el núcleo. En términos de rendimiento, los transformadores toroidales son conocidos por su restringidos campos externos , tales unidades se pueden montar muy juntas sin problemas de interacoplamiento.

 

Figura 2. Principales características de la construcción del transformador de núcleo tipo olla ("pot core" en Inglés). El  cilindro de material magnético se desmonta cerca de su centro, exponiendo la bobina desmontable y fácil de enrollar. Una característica interesante para los experimentadores es que un espacio de aire efectivo puede ser insertado en el circuito magnético poniendo arandelas entre las mitades del cilindro. Esto evita la saturación no deseada del núcleo en aplicaciones que requieren un transformador lineal. La capacidad de manejo de potencia tiende a ser menor que para núcleos toroidales.

Figura 2a. Transformador de núcleo tipo olla con cilindro de nylon.

La otra cara de la moneda implica los problemas de fabricación. Aunque no hay laminaciones para apilar, el bobinado manual puede ser bastante tedioso. Por supuesto, en la industria hay máquinas de bobinado toroidal. Cualquier persona que haya visto una de estas en funcionamiento por  primera vez debe quedar sorprendida por la velocidad a la que un arrollamiento de varias capas de alambre fino puede ser aplicado. Afortunadamente, muchos transformadores toroidales de alta frecuencia sólo necesitan un par de vueltas de alambre fácilmente manejable.

Hay una considerable superposición en los parámetros magnéticos de los materiales de núcleo. El experimentador a menudo puede obtener resultados satisfactorios a partir de un material de núcleo que un especialista puede rechazar por características menos óptimas.

El núcleo olla, también conocido como el núcleo taza o "pot core", es un cilindro cerrado que contiene un elemento vertical redondo en el que se encuentra una bobina de nylon. Aunque queda cerrado cuando está terminado, el cilindro se separa cerca de su punto medio para permitir el acceso a la bobina. Por lo general, esta forma de núcleo está hecho de hierro en polvo o uno de los materiales de ferrita. Tales materiales se prestan bien para técnicas de moldeo durante la fabricación. Es más conveniente para enrollar una bobina que hacerlo manualmente con un toroide. Un buen acoplamiento electromagnético es fácilmente alcanzable con esta configuración de núcleo y se puede decir que está auto-blindada en algunos casos, incluso más que un toroide. El montaje sobre placas de circuito impreso de computadoras tiende a ser más directa que los toroides. Uno, sin embargo, no encuentra a menudo núcleos tipo olla con tan alta capacidad de potencia como ocurre más fácilmente con toroides. Los problemas mecánicos entran en esta discrepancia y hay que señalar que los devanados de bobina tienen una exposición limitada a la circulación del aire. Las características físicas básicas del núcleo del olla se muestran en la figura 2.

Curiosamente, se puede comparar el transformador toroidal con el tipo de construcción de núcleo tratado previamente. Esto es porque los devanados rodean el núcleo en el toroide. A la inversa, el núcleo rodea los devanados en el transformador con núcleo tipo olla. Por lo tanto, éste se puede comparar con el transformador con núcleo y cubierta discutido anteriormente.

En algún lugar entre las construcciones de tipos de núcleos hay varias formas diferentes de núcleos de , núcleo de hierro, permalloy molibdeno y otros núcleos de polvo. Estos puede ser rectangulares, cuadrados, en forma de E, forma de C, o puede tener una forma a pedido para aplicaciones especializadas. También hay núcleos abiertos que consisten en varillas o tiras. Las antenas de ferrita de las radios portátiles son realmente transformadores de núcleo abierto. Otro ejemplo de un transformador de núcleo abierto es la bobina de ignición utilizada en los coches que utiliza un haz de hilos de hierro dulce para su núcleo.

Un básico puede consistir en una simple disposición de arrollamientos primario y secundario, y un núcleo magnéticamente permeable. Si la operación va a ser destinada a ser usada en altas frecuencias o radio, un núcleo de aire puede ser completamente adecuado para la correspondiente transferencia de energía. Sin embargo, los transformadores pueden estar dotados con varios accesorios que hacen a algunos modelos aparecer como de versiones de lujo. Los devanados pueden incorporar derivaciones a fin de proporcionar flexibilidad en la selección de la relación de transformación. Alambre de Litz se pueden usar en devanados de alta frecuencia para reducir el efecto superficial. Los transformadores de baja frecuencia puede hacer uso de alambres cuadrados, e incluso hojas, con el fin de aumentar el factor de embalaje de los devanados. En algunos diseños, los espacios de aire se introducen en el núcleo con el fin de linealizar la inductancia.

Hay un sinfín de técnicas de ventilación y extracción de calor. Estas incluyen refrigeración forzada de aire, fluidos circulantes, radiadores con aletas y sofisticados accesorios tales como tubos de calor y el uso de materiales exóticos tales como óxido de berilio, o diamante. En grandes transformadores, el objetivo es mantener baja las pérdidas I2/ R de la resistencia dependiente de la temperatura de los devanados de cobre. Esto sigue siendo cierto en pequeños transformadores, pero a menudo la idea principal es obtener una gran cantidad de capacidad de potencia en un espacio restringido. Aunque los conductores de aluminio sólo tienen alrededor de 60% de la conductividad de electricidad del cobre, a veces se puede obtener un ahorro de peso. Varios materiales aislantes se utilizan, pero casi todos se benefician en fiabilidad y longevidad manteniendo bajas las temperaturas.

Figura 3 . Acoplamiento de transformador de RF a través de un blindaje de Faraday. El blindaje de Faraday es una pantalla de material conductor sin bucles cerrados. El mismo permite el vínculo electromagnético (acción de transformador) pero los bloquea el  acoplamiento capacitivo.

Un blindaje electrostático es a menudo deseable entre el primario y el secundario.

Dicha pantalla o blindaje puede servir para fines diferentes. En los sistemas electrónicos, ésta impide  los transitorios en la línea de acoplamiento de la capacidad en la carga y ayuda a bloquear el ruido contaminante producido por el circuito de la línea de energía. Tales blindajes pueden ser de papel o una pantalla de tipo material conductor. Un requisito principal es que el blindaje electrostático no debe comportarse como una espira en corto. Por lo tanto, el mismo se cierra casi sobre sí mismo, pero contiene un espacio de aire. Para ser efectivo, el blindaje generalmente necesita ser conectado a tierra y un terminal se proporciona a menudo para este propósito. En algunos transformadores, el blindaje está conectado internamente al núcleo. En las frecuencias de radio, la pantalla de Faraday mostrada en la figura 4 permite la acción del transformador, pero blinda contra el acoplamiento capacitivo no deseado.

En transformadores de alta tensión, la pantalla interna sirve a otro propósito muy importante. Cuando está formada apropiadamente y contorneada, controla la distribución de flujo del campo eléctrico para reducir la probabilidad de formación de arcos, un fenómeno extremadamente destructivo. Los ya elevados picos de tensión pueden tener  transitorios de energía relativamente bajos impuestos sobre las crestas de las ondas sinusoidales que a su vez tienen el potencial de romper o perforar el aislamiento de aire.

En frecuencias de radio, tanto la protección electrostática como electromagnética de un circuito resonante o un transformador se puede lograr en un recinto de cobre u otra caja metálica. Sólo es necesario que el espaciamiento interno sea al menos de una bobina de radio con el fin de evitar excesivas pérdidas por corrientes parásitas y reducción de Q. Por otra parte, en audio y especialmente a bajas frecuencias, se hace difícil  confinar los campos magnéticos en un recinto de metal de hoja de cobre. Aquí, un material magnético es necesario - de preferencia uno que tenga alta permeabilidad a bajas densidades de flujo.

En general, las técnicas especiales se utilizan a menudo con el fin de optimizar necesidades de rendimiento especiales. Por ejemplo, un transformador manipulando altos niveles de potencia en la gama de frecuencias de audio puede ser encapsulado con un material de insonorización con el fin de reducir la intensidad de ruido audible de las láminas vibrantes. (Los devanados tienden también a aumentar el nivel de sonido). En sistemas trifásicos de servicios públicos, uno se encuentra con un interesante complemento para transformadores conectados en Y. Este está en la forma de devanados terciarios conectados en delta que no son destinados a entregar corriente de carga. Más bien, estos devanados auxiliares proporcionan un camino para el flujo de la corriente de excitación. En ausencia de tal paso "artificial", los voltajes entrada y salida, de otra manera sinusoidales, se vuelven  'contaminados' con energía de tercera armónica de la no linealidad del núcleo. Esto puede causar una forma de onda más puntiaguda, poniendo en peligro la aislación. Esto también tiende a causar interferencias con los servicios de comunicación de campos de tercera armónica presentes en las líneas.

Un transformador, siendo un dispositivo pasivo constituido esencialmente por materiales inertes debe durar para siempre. De hecho, desde un punto de vista práctico, muchos, si no la mayoría, aparecen destinado para tal vida. Sin embargo, como con todas las invenciones de los hombres, hay una tasa de fallas en curso. Incluso bajo condiciones de operación benigna,  los transformadores desarrollan problemas eléctricos de corto circuitos, se abren,  dan salidas intermitentes, tienen fugas y pérdidas de aislamiento, ruido audible excesivo, olores peculiares, y con algunos materiales de núcleos, características modificadas sustancialmente. En la vida real, los términos "pasivo", "inerte" y "benigno" tienden a ser más relativos que absolutos.

Los transformadores pueden ser expuestos a la humedad, el ozono y la contaminación del aire. Lamentablemente, los procesos de oxidación, la erosión y la corrosión son asistidos por los potenciales y corrientes eléctricas.  Las fuerzas invisibles de la reacción mecánica  electromagnética (ley de Lenz) están constantemente  trabajando, aflojando los soportes de los devanados. La ya mencionada "operación benigna" se refiere más al idealismo que a la exposición a la vida real, la mayoría de los transformadores deben soportar y sobrevivir por su parte a sobrecargas, transitorio y ambientes excesivamente calientes o fríos. Cuando las cosas vuelven a la normalidad, pequeñas alteraciones residuales de la aislación y la conexión de terminales queda; en el largo plazo, estos se acumulan y pueden conducir a una mayor disminución del rendimiento.

A pesar del control de calidad casi perfecto, un pequeño porcentaje de los transformadores salidos de fábrica incorporará algún tipo de defecto no detectado fácilmente en las pruebas convencionales. Esto es simplemente un hecho estadístico de la vida. Particularmente vulnerables son los transformadores con arrollamientos de alambre de calibre muy pequeño, así como aquellos en los que hay una gran dependencia de la calidad de la aislación. Con altas tensiones y / o altas frecuencias, es probable que permanezcan líneas de fuga con consecuencias posteriores, por lo que en lugar de 'borrarse' tienden a carbonizarse y volverse aún más conductoras.

Si es fácil o económico reparar un transformador defectuoso es altamente dependiente de las circunstancias individuales. Una buena inspección es siempre importante, porque muy a menudo el día puede ser salvado con sólo re-soldar o reparar las conexiones de los terminales.

Las espiras en corto son un tipo común de fallas de los transformadores. Un ohmímetro analógico no es muy útil en la detección de este defecto debido a la  precisión dispersa de tales medidores. Los medidores digitales no puede ser mucho mejor debido a la necesidad de interpretar correctamente porcentajes muy pequeños de cambio. Mas aún, tales defectos son a menudo dependientes de la temperatura, voltaje, y corriente o pueden ser intermitentes  aparentemente sin ninguna razón. Si el transformador funciona anormalmente caliente y/o  se desempeña por debajo de su rendimiento de voltaje normal, uno puede asumir con seguridad la posibilidad de que hayan espiras en cortocircuito. Más difícil de encontrar son una o varias espiras en cortocircuito en un devanado que consta de muchas vueltas. Con la carga desconectada del  secundario, el consumo apreciable de corriente primaria suele ser producto de una "carga interna", es decir, espiras en cortocircuito. Estas pueden estar ya sea en el primario como en el secundario.

Un circuito abierto más difícil de ubicar aparece a veces en transformadores de alta tensión que utilizan alambre muy fino en la bobina secundaria. Tal devanado puede estar físicamente intacto, pero eléctricamente discontinuo – las partes conductoras de cobre están en realidad separadas, pero la aislación de esmalte o de plástico mantiene el “alambre” unido. Este dolor de cabeza se limita generalmente a la fábrica y se remedia al relajar la tensión impuesta por la máquina de devanado de bobina. Los devanados de circuito abierto son, afortunadamente, a menudo debidos a las malas conexiones de los terminales. Una unión "fría" de soldadura o otra manera defectuosa es una causa común.

Los cortocircuitos al núcleo también son comunes y se dan a conocer porque los núcleos están a menudo puestos a  tierra por razones de seguridad. Si es factible, el núcleo puede estar sin conexión a tierra para un funcionamiento de emergencia y, en algunos casos puede quedar así. En los sistemas electrónicos, la puesta a tierra del núcleo a través de un condensador a menudo proporciona un efecto de blindaje parcial de los componentes cercanos entre sí. Por lo general, los núcleos de transformadores pequeños se dejan flotantes.

En el trabajo de radio frecuencia, a menudo se encuentra que un transformador de núcleo de ferrita ya no funciona tan bien como lo hacía antes. Las alteraciones pueden ser observados en el sistema VSWR y puede haber evidencia de generación de armónicos bien por encima de la norma. Aquí, uno puede razonablemente inferir que debido a la operación abusiva y como resultado del sobrecalentamiento, la permeabilidad y/o de otros parámetros magnéticos del núcleo han sufrido un cambio permanente.

Temperatura ambiente de resistencia de corriente continua, sólo el comienzo de las pérdidas en el cobre

A medida que la resistividad de los metales, tales como el cobre, aumenta con la temperatura, un transformador con alambre de estrecho calibre en sus devanados puede recalentarse. Si se lo fuerza a suministrar la corriente de carga deseada, la resistencia dependiente de la temperatura  conducirá a una pérdida de I2R aún mayor. Si dicho transformador sobrevive, su eficiencia operativa puede verse seriamente afectada. Además, tendríamos razón para estar preocupados sobre la carbonización de la aislación  y en última instancia de su falla. Las propiedades magnéticas del núcleo pueden ser afectadas adversamente a altas temperaturas, en particular el material de ferrita.

Aparte de seleccionar inicialmente el conductor y tamaños de núcleo adecuados, algún tipo de técnica de disipación de calor  y de enfriamiento / ventilación es generalmente requerida con los transformadores de gran capacidad. Esto puede tomar la forma de inmersión en aceite o puede implicar un sistema de circulación de líquido con bombas, ventiladores y radiadores.

La selección del conductor de área de sección transversal de los devanados resulta ser a la vez un arte y una ciencia, pero la ayuda más valiosa es la experiencia. Esto es  porque se debe hacer compromisos con la lógica fría - después de todo, inevitablemente existe el conflicto que plantea la necesidad práctica del montaje de los devanados en el espacio disponible. El uso de un núcleo más grande puede resultar autodestructiva debido a la longitud mayor (y, por lo tanto, de la resistencia) del nuevo devanado. Un diseñador de transformadores experimentado se ve obligado a depender en gran medida de factores de apilamiento y embalaje. Pero lo que generalmente salva el día es ese viejo recurso, la intuición.

Hay aún más de las llamadas “pérdidas de cobre” de los devanados del transformador. El fenómeno del efecto superficial provoca mayor resistencia de corriente alterna  que la resistencia de corriente continua de los conductores; a medida que la frecuencia aumenta, más y más corriente se concentra cerca de la superficie, reduciendo eficazmente el área de sección transversal del conductor (véase la fig. 4). El efecto es relativamente pequeño a 50/60 Hz, pero se incrementa a 400 Hz y no debe ser pasado por alto en las frecuencias de las aeronaves de 1200 Hz y superiores. Cuando un diseñador se esfuerza en alcanzar un 98-99% de eficiencia, cada pequeño valor de la disipación de energía adquiere un significado. Para el usuario, simplemente tiene sentido común reconocer los límites prácticos de la transformación de energía; las compensaciones inteligentes en el circuito y el rendimiento del sistema están obligados a seguir.

Figura 4.  El efecto superficial en los conductores que llevan corriente eléctrica. En realidad, la densidad de corriente no llega a ser cero abruptamente en las líneas periféricas que se muestran en la gráfica. Más bien, las líneas de límite indican dónde la densidad de corriente es 1/e o 37% del valor en la superficie del conductor. El efecto básico sobre los devanados del transformador es un aumento de la resistencia y la reducción de la capacidad de conducción de la corriente. Una explicación práctica de efecto superficial postula que las porciones interiores de un conductor, estando rodeadas por un mayor número de líneas de flujo, ofrecen una mayor reactancia inductiva que la que se encuentra en las porciones exteriores.

Sorprendentemente, los diseñadores tienen que tener en cuenta también el efecto superficial a 50/60 Hz, pero sólo donde las corrientes de gran intensidad y conductores de grandes secciones  transversales estén involucrados. El practicante ordinario de electricidad y electrónica no tiene que estar preocupado por el efecto superficial en las frecuencias de servicios públicos. El siguiente esquema simplificado puede proporcionar información práctica sobre la importancia del efecto superficial como una función de la frecuencia. Si la penetración d del efecto superficial es suficientemente pequeña, se debe reconocer que gran parte de la sección transversal geométrica de la  zona conductora no está disponible para transportar la densidad de corriente que llevaría en corriente continua. La manifestación práctica de esta aglomeración de corriente cerca de la superficie es un aumento de la resistencia efectiva del conductor.

Figura 5. Representación gráfica del efecto superficial. La  menor utilización del área de sección transversal de un conductor hace que su resistencia efectiva a altas frecuencias sea mayor que su resistencia de corriente continua. De la gráfica, se puede observar que el área representada por el rectángulo discontinuo puede ser pensado como un conductor ficticio con densidad de corriente uniforme. La resistencia de este conductor ficticio sería la misma que la del conductor real bajo la influencia del  efecto superficial. Cuanto menor es la profundidad de penetración d, menor área de sección transversal  está disponible para transportar corriente eléctrica.

La figura 5 muestra la naturaleza de la relación del efecto superficial y el significado  de la profundidad de penetración d. Se debe observar que d no designa una línea circular dividiendo toda la densidad de corriente de un lado y densidad corriente de cero en el otro. Sin embargo, a altas frecuencias, la mayoría de la corriente en el conductor estará concentrada cerca de la superficie. Es por eso que en los trabajos de radio frecuencia vemos que se utilizan tubos huecos.

El alambre Litz es una manera eficaz de reducir la influencia del efecto superficial. El alambre Litz es un formato de conductor trenzado de hebra y con cada cable aislado del otro. El paralelismo se logra mediante la unión conductiva de los extremos de los alambres individuales. La resistencia de alta frecuencia es relativamente baja debido a la gran superficie de los alambres en paralelo. Los transformadores usados en las modernas fuentes de alimentación conmutadas, inversores y convertidores operan a frecuencias suficientemente altas para hacer un uso efectivo de las espiras de alambre Litz.

Las corrientes intensas en las espiras adyacentes de transformadores gran potencia crean   una densidad no uniforme de corriente en los devanados. Este efecto de proximidad actúa de una forma similar al efecto superficial, aumentando la resistencia efectiva de los conductores. El efecto de proximidad también se afirma en los transformadores de alta frecuencia usados en fuentes de alimentación reguladas de energía, inversores y convertidores.

Puede haber otra pérdida de la capacidad de conducción de corriente. La generación de corrientes parásitas, (también conocida como corriente de Foucault, corriente inducida o corriente en remolino) en los conductores mismos del devanado disipa potencia y produce un aumento adicional de la temperatura en los bobinados. La  inducción de corrientes parásitas es perpendicular a la dirección deseada de la corriente del devanado. En los grandes transformadores, los enormes bobinados son a veces laminados para romper el camino de estas corrientes de Foucault. Las corrientes parásitas inducidas en las bobinas conductores se comportan como una multitud de secundarios cortocircuitados e indirectamente aumentan la resistencia efectiva de las bobinas a través del aumento de la temperatura que causan.

En las frecuencias de radio, podemos identificar otro culpable que contribuye a las pérdidas en el cobre, identificado como  radiación electromagnética. El escape de la energía de esta manera se manifiesta esencialmente como un aumento de la carga del transformador. Es como si una resistencia no deseada estuviera conectada a través de los terminales secundarios. A frecuencias de línea eléctrica, la radiación no merece consideración como mecanismo de disipación. Pero poco a poco afirma su presencia a varias decenas de kHz y puede volverse significativa con transformadores funcionando en  la región de varios MHz.

Los transformadores prácticos están rodeados de pérdidas de flujo - líneas de fuerza magnética que completan su camino a través del aire en lugar de a través del núcleo. Esto requiere a menudo la atención en el montaje y posicionamiento de los transformadores como así como los componentes electrónicos. No sólo tal pérdida de flujo de interacoplamiento puede causar problemas, sino que la disipación de potencia se incrementa cuando el flujo de fuga induce corrientes parásitas en el material conductor. Durante las tormentas geomagnéticas, los grandes transformadores de servicios públicos pueden experimentar saturación magnética de las corrientes de tierra después de lo cual el flujo de dispersión se vuelve lo suficientemente fuerte para reaccionar violentamente con objetos metálicos externos. En los sistemas electrónicos, los núcleos toroidales y los núcleos tipo olla (“pot cores”) suelen ser más favorecidos debido a su flujo de dispersión relativamente bajo.

Figura 6. Ejemplos interesantes de la acción de transformador, (a) en sintonía por núcleo, la barra de cobre actúa como un secundario en corto-circuito y reduce la inductancia del devanado primario resonante. (La llamada sintonía por 'permeabilidad' hace uso del material magnético que aumenta la inductancia del devanado.) (b) La bobina exploradora de un detector de metales constituye el devanado primario resonante de un 'transformador'. El secundario es el objeto metálico enterrado en la tierra en el que las corrientes de Foucault son inducidas. La detección se produce a causa de la reducción de la inductancia y el aumento resultante en la frecuencia de resonancia. (Los objetos ferro-magnéticos tienden a incrementar la inductancia y bajar la frecuencia)

Los principios del transformador pueden ser aplicados ingeniosamente a una variedad de usos además de la evidente manipulación voltajes y corrientes de corriente alterna. Dos ejemplos son mostrados en la figura 6. (a) y (b). La sintonización de las etapas de frecuencia de radio en receptores de radio puede ser parcialmente lograda por medio de una barra o  núcleo de cobre que puede ser retirado o insertado (o girado dentro) en un inductor resonante. Dicho núcleo es un pequeño cilindro de material permeable o conductor, que se introduce en una bobina para ajustar su inductancia. El núcleo permeable aumenta la inductancia, mientras que el conductor (actuando como una espira cortocircuitada), la reduce. Si el núcleo puede deslizarse por el interior de la bobina, se puede ajustar la inductancia y por tanto la sintonía, desplazándolo hacia arriba y hacia abajo. En tal esquema, la barra de cobre induce corrientes de Foucault en ella y se comporta como un arrollamiento en cortocircuito secundario. Como tal, es capaz de reducir la inductancia efectiva del primario, desplazando en consecuencia a la resonancia a frecuencias más altas. En lugar de, o conjuntamente, con la  barra de sintonía de cobre, una barra de material magnético también se puede utilizar. Debido a que su permeabilidad es más alta que la del aire, la barra magnética aumenta la inductancia del primario resonante al volverse más íntimamente vinculada con el flujo primario. La frecuencia de resonancia es por lo tanto disminuida. (Q  puede ser incrementada por sintonía de permeabilidad, pero tiende a ser degradada por la barra de cobre.)

El que primero ideó un detector de metales tiene que haber sido consciente de la acción del transformador mencionada anteriormente. El primario de un simple detector de metales es una bobina resonante generalmente de varios centímetros de diámetro. (Espiras cuadradas o rectangulares también se pueden utilizar.) Este tanque de núcleo de aire se asocia con un oscilador. Frecuencias de varios cientos de kHz a varios MHz proporcionan a menudo un compromiso práctico entre factores tales como la sensibilidad, estabilidad y penetración en el terreno. Débilmente acoplado a la salida de este oscilador está otro oscilador con una frecuencia muy estable, apantallado de la exposición al metal u objetos en el entorno.

Sin objetos metálicos en el campo del devanado exploratorio "primario", los auriculares del operador producen un tono audible constante. Cuando el metal es detectado, el tono del sonido cambia abruptamente en respuesta a cambios de resonancia de la bobina de exploración. (El tono de audio es la nota de batido entre las dos frecuencias de oscilador). Los modelos más sofisticados distinguen entre los metales ferrosos y no ferrosos, debido al hecho de que el ritmo de batido aumenta o disminuye en intensidad. Algunos detectores de metales utilizados en detección de clavos en los neumáticos y en la pared incorporan similares principios del transformador.

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