La forma de onda de entrada óptima, en lo que se refiere al flujo del núcleo, es una onda cuadrada. Resulta que, si bien la onda sinusoidal es subóptima, ya que es la forma de onda "natural" para la generación y para la distribución de energía trifásica, se usa tal como está.
La clave para entender los inductores y transformadores es reconocer que el voltaje y el flujo están vinculados, no de manera proporcional, sino a través de una integral, por lo tanto, el flujo = \ $ \ int \! V \, \ mathrm {d} t \ $ y voltaje = d (flujo) / dt
Si aplicamos un voltaje finito al primario de un transformador, el flujo comenzará a desplazarse, a una tasa proporcional al voltaje. El flujo cambiante inducirá un voltaje en el secundario, que se puede usar para conducir una corriente a través de la carga.
Si tuviéramos materiales mágicos a la mano, por lo que un núcleo de unobtanio con permeabilidad infinita utilizable para un flujo infinito, podríamos dejar este voltaje de CC conectado indefinidamente, y el transformador continuaría transmitiendo energía, mientras que el flujo aumentará continuamente hacia arriba, Corriente de magnetización mantenida en niveles razonables por la permeabilidad del núcleo irrazonable.
Desafortunadamente, tenemos el problema práctico de que necesitamos usar materiales reales, hierro o ferrita, para el núcleo, y estos eventualmente se saturarán. Cuando eso sucede, el flujo deja de aumentar y el voltaje de salida se reduce a cero.
Para evitar la saturación, revertimos el voltaje de entrada justo antes de que el núcleo se sature. Con el voltaje invertido, el flujo regresa nuevamente hacia abajo, a través de cero, y se aproxima a la saturación en la dirección opuesta. Invertir y repetir.
Si el núcleo fuera la única consideración, podríamos invertir el voltaje de entrada tan rápido como quisiéramos. Todo lo que haría en el núcleo es alterar (muy rápidamente) la dirección en la que el flujo estaba girando, el flujo en sí sería continuo. En la práctica, nada puede generar un borde muy agudo, la capacitancia de los devanados no permitiría un borde muy agudo, y mientras el borde sea "mucho más inclinado" (por ejemplo, 10x más pronunciado) que una onda sinusoidal, tendremos el grueso de la mejora de la eficiencia que buscamos en una forma de onda sinusoidal.
Al ejecutar un transformador con la mejor eficiencia, desplazaremos el flujo desde el flujo de casi máx hasta el flujo de + max. Como el cambio en el flujo es la integral del voltaje, cualquier forma de onda que haga esto tendrá el mismo voltaje medio en el semiciclo. Si una onda sinusoidal con un pico de 1 oscila el flujo sobre este rango, entonces una onda cuadrada debería tener un pico de alrededor de 0.7 para tener el mismo promedio.
La potencia suministrada por el transformador a una carga resistiva depende de la tensión de salida y la corriente de salida. Con la excitación sinusoidal, la corriente y el voltaje varían entre 0 y máximo durante el ciclo. Con la excitación de onda cuadrada, el voltaje y la corriente permanecen en el nivel máximo para prácticamente todo el ciclo, por lo que tienen un rendimiento de potencia ligeramente mayor.
Los transformadores de hierro en las redes eléctricas tienden a utilizar el voltaje de onda sinusoidal aproximadamente transmitido. Los transformadores de ferrita de alta frecuencia, alimentados por dispositivos de conmutación de un bus de CC, utilizan las ondas cuadradas producidas naturalmente. Mucho más importante que la forma de onda de entrada es la frecuencia de operación y el tamaño del núcleo. Casi nunca vale la pena molestarse en cambiar la forma de onda de entrada de "lo que es fácil" por la pequeña ganancia que resultaría.