¿Cómo un transformador aumenta el voltaje mientras disminuye la corriente?

La ley de Ohml establece que V = IR. Eso significa que cuando aumentamos el voltaje también debemos aumentar la corriente (I).

Eso es cierto cuando se alimenta una resistencia.

Pero el transformador aumenta la corriente mientras disminuye el voltaje o disminuye la corriente mientras aumenta el voltaje.

Un transformador no es una resistencia, por lo que no puede usar la ley de Ohm.

¿Cómo sucede?

Un transformador es una caja de cambios eléctrica.

        | In                      | Out
--------+-------------------------+-------------------------
Gearbox | High speed, low torque. | Low speed, high torque.
Trafo   | High V, low I           | Low V, high I

Es importante darse cuenta de que (ignorando las pérdidas) entrada de energía = salida de energía. De la Ley de Joule-Lenz sabemos que P = VI por lo que si V se reduce yo debo aumentar inversamente.

"cuando aumentamos el voltaje también debemos aumentar la corriente (I)" mientras que R es constante.

Debe mirar el transformador desde una perspectiva de potencia: P = I * V

y Power In = Power Out,

Ahora, si tiene 10 V de entrada y 1 A, entonces eso es 10 W, entonces la potencia de salida es de 10 W.

Si tiene 10 veces el número de vueltas en la salida en comparación con el lado de entrada, obtendrá 100 V pero a 0,1 A, es decir, 100 * 0,1 es 10 W.

Si tiene 10 veces el número de vueltas en la entrada en comparación con el lado de salida, obtendrá 1V pero a 10A, es decir, 1*10 es 10W.

El cable utilizado para cada devanado debe tener un grosor suficiente, es decir, más grueso para corrientes más altas. Cualquier pérdida ha sido ignorada.

El lado "izquierdo" del transformador (el lado al que se aplica el voltaje) obedece la ley de Ohm (técnicamente, una forma generalizada que describe la impedancia en lugar de solo la resistencia). Las corrientes y voltajes que no parecen obedecer la ley de Ohm ocurren del otro lado del transformador, en un circuito eléctricamente aislado. La ley de Ohm no describe cómo se relacionan dos circuitos, sino cómo se relaciona el voltaje con la corriente en el mismo circuito.

El transformador utiliza el flujo compartido del núcleo como mecanismo de retroalimentación negativa. Los flujos primario y secundario CASI se cancelan perfectamente, con el residual llamado "flujo magnetizante".

Si el flujo de magnetización se vuelve demasiado pequeño, entonces se toma más energía del primario (la fuente de energía) y el flujo del núcleo vuelve a ser adecuado para producir lo que requiere el secundario.

De manera similar, si el primario tiene 100 vueltas con corriente Ip y el secundario tiene 300 vueltas, entonces el secundario puede entregar solo 1/3 de la corriente antes de que el flujo generado por el secundario haya equilibrado (cancelado) el flujo primario.

Una vez más, el núcleo del transformador es el mecanismo de suma para un sistema regulador de retroalimentación negativa.

Está confundiendo la función del "Transformador sin pérdidas" con la función de la resistencia. La función de la resistencia es convertir el voltaje aplicado y el flujo de corriente en energía térmica para su disipación. La función del transformador es convertir un voltaje y corriente de entrada aplicados a otro voltaje y corriente SIN PÉRDIDAS POR DISIPACIÓN. Para una entrada de 10 Watts en el transformador, tendrá 10 Watts disponibles en la salida. Por lo tanto, utiliza un modelo diferente para definir el transformador que una resistencia.

Obviamente, un 'Transformador sin pérdidas' solo existe en nuestras simulaciones y ejercicios de pensamiento. Pero para fines prácticos, nos permite usar un conjunto simple de reglas sobre voltaje y corriente para definir los comportamientos críticos de interés de los transformadores sin recurrir al enloquecedor mundo de las Ecuaciones de Maxwell y otras funciones matemáticas de alto nivel. Esa simplificación nos permite usar la relación de vueltas para proyectar los voltajes y las corrientes. Dicho esto, sabemos que un transformador con 100 vueltas en el primario y 10 vueltas en el secundario tiene una relación de vueltas de 10. Entonces, si el transformador tiene 100 VCA en la entrada, el transformador sin pérdidas tendrá 10 voltios en la salida. De manera similar, si el devanado de entrada consume 1 amperio, entonces la salida entrega 10 amperios a una carga.

En el mundo real, los devanados usan alambre que exhibe resistencia. La potencia se pierde en esas resistencias de cable tanto en el devanado primario como en el devanado secundario. El Brain Trust of Transformer Designers en más de 100 años de diseño de transformadores ha desarrollado núcleos muy eficientes con alambre de baja resistencia que nos proporciona transformadores listos para usar que alcanzan una eficiencia superior al 98%. Allí se aplica la ley de Ohm, pero la mayoría de los usuarios de nivel de aplicación de transformadores pueden ignorar las pérdidas. Por supuesto, si usted es una empresa de servicios públicos como ConEdison con generadores que transmiten 10 megavatios, ese 2% a 10 centavos por kilovatio hora se suma muy rápido y lo convierte en un grupo muy excitable de contadores de frijoles.

La ley de Ohm establece que la corriente a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional al voltaje a través de LOS (mismos) dos puntos. Es aplicable a todos los circuitos y el transformador no es una excepción. Un error que llevó a la contradicción es que la corriente (decreciente) no se mide entre los mismos puntos, donde está el voltaje (creciente). La corriente se mide en el devanado primario, pero el voltaje se mide en el secundario. Si medimos la corriente y el voltaje en el mismo lado del transformador, encontraremos que la ley de Ohm todavía se cumple. Además, si comparamos$\frac{V}{I}$relaciones en diferentes lados del transformador, encontraremos que el transformador no solo cambia los voltajes y las corrientes, sino también la resistencia aparente (impedancia). Por ejemplo, si el transformador ideal reduce el voltaje por un factor de 2 (la relación de giro es 2), y el devanado secundario está cargado por la resistencia R, entonces la resistencia (impedancia) en el lado primario aparecerá como$R\cdot2^2$. Entonces, la resistencia aparente transformada por el factor de relación de vueltas al cuadrado.