Tecnología Electrónica

Transformador Elevador: Principios, Operación y Aplicaciones

Un **transformador elevador** aumenta el voltaje CA de primario a secundario mientras disminuye la corriente proporcionalmente, conservando la potencia (idealmente). Es la piedra angular de la **transmisión eficiente de energía a larga distancia**.

Construcción y Relación de Vueltas

  • Devanado Primario (Entrada): Menos vueltas (Np), alambre más grueso (corriente más alta).
  • Devanado Secundario (Salida): Más vueltas (Ns > Np), alambre más delgado.
  • Núcleo: Acero al Silicio Laminado (baja histeresis/pérdida por corrientes parásitas) — proporciona camino de flujo de baja relutancia.
  • Relación de Vueltas (a): a = Ns / Np > 1.

Relaciones Ideales

Vs / Vp = Ns / Np = a
Is / Ip = Np / Ns = 1/a
Pin ≈ Pout (VpIp = VsIs)

¿Por Qué Elevar para Transmisión?

Pérdida de Potencia (I²R) en líneas. Para Potencia P fija:
I = P / V → Pérdida = (P/V)² × Rline ∝ 1/V².

  • Doblar Voltaje → **1/4 de Pérdidas**.
  • Transmisión a 115 kV, 230 kV, 500 kV, 765 kV, 1100 kV (UHV).
  • Reducción en subestaciones para distribución (11 kV, 415 V / 240 V).

Aplicaciones Clave

AplicaciónRelación TípicaNotas
Transmisión de Red (GSU - Elevador de Generador)1:20 a 1:5018 kV Gen → 500 kV Red. Muy MVA. Refrigeración forzada aceite/aire.
Subestación de Distribución1:10 a 1:30115 kV → 12.47 kV. Cambiadores de tomas bajo carga (LTC) para regulación de voltaje.
Horno de Microondas~1:80120 V → 2.2 kV (Magnetrón). Alta inductancia de fuga (limitación de corriente).
Letrero de Neón / Cátodo Frío1:50 a 1:100120 V → 2-15 kV. Alta reactancia de fuga (corriente constante).
Bobina de Encendido (Automóvil)1:10012 V → 30-40 kV. En realidad CC pulsado (flyback), no CA en estado estable.
Audio (Preamp de Micrófono / Caja DI)1:10 a 1:15Coincidencia de impedancia (Baja Z mic → Alta Z preamp). Sin saturación de núcleo en LF.

No Ideales del Mundo Real

  • Regulación: Vs cae bajo carga (Req + jXeq).
  • Corriente de Arranque: Energizar en cruce por cero de voltaje → saturación del núcleo → 10-15× corriente nominal (armónicos, disparos molestos).
  • Corriente de Excitación: Pequeña corriente sin carga (magnetización + pérdida en núcleo).

Seguridad

Voltaje de salida alto = **Peligro Letal**. Barreras, interbloqueos, puesta a tierra, distancias de seguridad (IEC 60076 / IEEE C57.12) obligatorias.

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Convertidores de TV (sintonizadores)