Inductor en transformador

En un inductor, una forma de onda de corriente desfasada 90° con respecto a la forma de onda de voltaje crea una condición en la que el inductor absorbe y devuelve alternativamente energía al circuito. Si el inductor es perfecto (sin resistencia del cable, sin pérdidas en el núcleo magnético, etc.), disipará energía cero.

Me pregunto cómo cambiará esto en el caso del transformador. Suponga que las bobinas primaria y secundaria son de resistencia cero y el núcleo es perfectamente ferromagnético, ¿cuál debería ser la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente en la bobina primaria? La energía se entrega al circuito secundario, por lo que no debe ser absorbida por la fuente de voltaje primario como en el caso del inductor puro.

Respuestas (1)

En un transformador, el primario tiene dos componentes de corriente: -

  • Corriente de magnetización, es decir, la corriente primaria secundaria abierta.
  • Corriente que (ignorando las pequeñas inductancias de fuga) encuentra su camino (a través de la relación de vueltas) hacia el secundario.

Punto 1: el ángulo de fase de la corriente magnética tiene un retraso de 90 grados con respecto al voltaje primario (como un inductor). De hecho, con el circuito abierto secundario, el transformador es solo un inductor.

Punto 2: la corriente en el secundario está en fase con el voltaje secundario para una carga puramente resistiva. La potencia entregada a la carga es de "X" vatios y la potencia extraída de la fuente a través del transformador perfecto es de "X" vatios.

La corriente primaria es principalmente 1 en fase con el voltaje primario cuando la carga completa está en el secundario. A medida que se reduce la carga secundaria, la corriente primaria comienza a parecer más reactiva y eventualmente está desfasada 90 grados.

1 Como señala Dave Tweed, para muchos transformadores de baja potencia (a plena carga), la corriente de magnetización primaria (a 90 grados) sigue siendo bastante dominante y, por lo tanto, el ángulo de fase no estará "principalmente en fase con el voltaje primario". El ejemplo que da es un transformador con una inductancia magnética primaria de 1 Henry. Esto tomará una corriente reactiva de 120 V/ XL.

XL es de aproximadamente 377 ohmios, por lo tanto, la corriente es de 318 mA. La corriente atribuida a la carga de 12V es de 1A y debido a la relación de vueltas produce una corriente de 100mA en el primario. En otras palabras, la corriente primaria a plena carga, para este tipo de transformador, sigue siendo principalmente reactiva y más cercana a los 90 grados que a cero.

"Carga completa" es un término nebuloso. Sería más preciso decir que puede pensar que la carga conectada al secundario aparece en paralelo con la inductancia primaria como un valor "transformado", ajustado por el cuadrado de la relación de vueltas. Suponga que tiene un transformador de 120V a 12V con un secundario de 1A. "Carga completa" sería una resistencia de 12 ohmios. Suponga que la inductancia primaria es 1H. Puede calcular la magnitud y la fase de la corriente primaria tratándola como 1H en paralelo con 1200 ohmios. Incluso a "carga completa", sigue siendo principalmente corriente reactiva.
@Andy alias, todavía tengo una pregunta más: en la bobina primaria, el voltaje siempre es igual al voltaje de suministro si no hay resistencia en la bobina primaria. Este voltaje es igual a la tasa de cambio del flujo magnético. Me pregunto a qué componente (¿o ambos?) De la corriente corresponde este flujo. No importa si hay una carga secundaria, el voltaje de suministro primario no cambia, ¡así que solo podemos obtener el mismo flujo y, por lo tanto, corriente! Es extraño.
@KelvinS sí, el flujo es bastante constante en un transformador y esto se debe a que los amperios-giros de la carga en el primario cancelan exactamente los amperios-giros secundarios. Es fácil pero un poco largo para probar, por supuesto.
@Andyaka Gracias. He visto declaraciones similares en libros de texto que i1N1 = i2N2 ya que el contador mmf se opone al mmf de la bobina primaria. Me pregunto si son exactamente iguales, ¿significa que el flujo se cancelará? Sé que el flujo no debería cancelarse, pero los dos mmfs son iguales, esto me confunde.
@KelvinS sí, los dos flujos de carga se cancelan exactamente dejando solo el flujo residual debido a la corriente de magnetización en el primario
@Andyaka Eso significa que en la ecuación i1N1 = i2N2, i1 solo incluye la corriente mencionada en el punto 2 de su respuesta, ¿sin incluir la corriente de magnetización?
@KelvinS correcto.
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