Empleo de los transformadores en los sistemas de energía. Una razón importante del gran empleo de la corriente alterna en proporción a la continua es la facilidad con que se puede aumentar y disminuir su voltaje gracias a los transformadores. Esto hace posible generar energía en grandes cantidades en la fuente de energía que puede ser una planta hidroeléctrica. Se puede entonces elevar el voltaje a los valores de la línea de transmisión, hasta 500.000 V, y hacer que el rendimiento en la transmisión de la energía a ciudades a cientos de kilómetros de la estación generadora sea grande. En las afueras de cada ciudad se instala una subestación transformadora para reducir el voltaje a valores razonables para su distribución por la ciudad, y se vuelve a bajar con otros transformadores hasta llegar a la tensión de suministro a los consumidores.

Principio del funcionamiento. La base del funcionamiento de un transformador es también la inducción electromagnética. En la figura que se muestra bajo este texto ilustra el transformador fundamental que consiste en un núcleo de hierro y dos bobinados denominados primario y secundario. El núcleo proporciona un camino para el campo magnético y se construye generalmente de un gran número de chapas delgadas de un acero especial. El primario es el que recibe la energía de la línea y el secundario es el que da la energía a la carga.
 

Figura 3.3. Transformador fundamental
 

La teoría del funcionamiento de un transformador es la que sigue:
 

1. Cuando se conecta el primario a un fuente de fem alterna, por el bobinado comienza a pasar una corriente alterna.

2. En cuanto fluye una corriente por un conductor se crea un campo magnético alrededor de él. Si la corriente cambia continuamente en magnitud y la polaridad, el campo magnético que se origina en el núcleo de hierro hará lo mismo.

3. El campo magnético alterno está, por tanto, continuamente expandiéndose y contrayéndose. Como el circuito magnético es cerrado, la variación del campo magnético es la misma en cualquier parte del núcleo.

4. Las líneas magnéticas al expandirse y contraerse cortarán a los conductores situados en cualquier parte del núcleo, y de acuerdo con el experimento de Faraday , en éstos aparecerá una fem inducida.

5. Como a cada conductor sobre el núcleo le corta el mismo flujo, la fem inducida por vuelta será la misma. Por tanto, el voltaje en cada bobinado será proporcional al número de vueltas; expresado matemáticamente, esto es
 
 

EP        NP
------ = ------
ES        NS

6. Se puede ver en esta ecuación que el voltaje del secundario se puede aumentar o disminuir eligiendo una relación de vueltas.

Funcionamiento del transformador cuando se carga. Si se conecta el secundario a una carga, pasará una corriente a través de la carga y también por el bobinado del secundario. La energía que consuma la carga tiene que proceder de la línea; de aquí que la carga en el primario tenga que variar como en el secundario. En la figura anterior se muestra que no existe conexión eléctrica entre los bobinados del primario y el secundario. La energía consumida por la carga se transfiere del secundario al primario por medio del flujo magnético. El rendimiento del transformador es muy alto, a menudo superior al 95 por 100; de aquí que los varios en el secundario sean casi los mismos que en el primario. En estas condiciones las intensidades varían inversamente con los voltajes. Matemáticamente, esto es
 

EP        IP
------ = ------
ES        IS

Esta ecuación muestra que al elevar el voltaje con un transformador se disminuye la intensidad. Esta es la ventaja decisiva en los sistemas de transmisión de energía.
 

Rendimiento. Todos los generadores, motores, transformadores u otros aparatos que transforman energía de una forma a otra pierden parte de esta energía en el proceso. Si se emplea un motor de gasolina para hacer girar a un generador, el motor suministra energía mecánica al eje del generador, y esta energía se convierte en energía mecánica que pasa a la carga. Solo una parte de esta energía mecánica se transforma en energía eléctrica debido a las pérdidas por fricción y a las pérdidas en el hierro y el cobre del generador. El rendimiento es la expresión que se usa para indicar qué porción de la energía recibida por un aparato se aprovecha en la transformación. Se puede definir el rendimiento como la relación entre la salida y la entrada de cualquier aparato; matemáticamente se expresa como:
 

                          Salida
Rendimiento = -----------
                          Entrada

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