Esta es una pregunta multifacética, y es más para ver si entiendo lo que sucede dentro de un transformador. Entiendo la idea general detrás de los transformadores: el voltaje alternativo que se aplica al primario se "refleja" en el secundario y su tamaño depende de la proporción de vueltas. Sin embargo, las polaridades de los voltajes inducidos y la "cancelación" del flujo dentro del núcleo son un poco confusas para mí. Así que vamos a empezar por el principio:
Aplicando un voltaje sinusoidal, \ $ V_ {AC} = V \ sin (\ omega t) \ $, a la causa primaria actual \ $ i_p \ $ para que fluya a través de él. Podemos ver que \ $ i_p \ $ es proporcional a \ $ - \ cos (\ omega t) \ $, y también lo es el flujo \ $ \ phi_1 (t) \ $. Dado que el flujo intercepta la bobina primaria, induce un voltaje en el primario, y de acuerdo con la ley de Lenz, ese voltaje apuntará en la dirección que se opone al cambio que lo causó. En otras palabras, si denotamos este nuevo voltaje por \ $ V_p \ $, entonces
$$ V_p = -n_p \ frac {d \ phi_1} {dt}, $$
donde \ $ n_p \ $ es el número de giros en el primario. Vemos que \ $ V_p \ sim - \ sin (\ omega t) \ $, entonces \ $ V_p \ $ apunta en la dirección opuesta a \ $ V_s \ $. Los dos voltajes opuestos son la razón por la cual \ $ i_p \ $ es muy bajo cuando el transformador no está cargado. Además, si se hubieran cancelado completamente, no tendríamos corriente y, por lo tanto, ningún flujo. ¿Todo esto es correcto hasta ahora?
Ahora adjuntamos una carga al secundario, y el mismo flujo, \ $ \ phi_1 \ $, induce un voltaje en el secundario, y es $$ V_s = -n_s \ frac {d \ phi_1} {dt}, $$ donde \ $ n_s \ $ es el número de turnos en el secundario.
Me gusta, \ $ V_p \ $, \ $ V_s \ sim - \ sin (\ omega t) \ $, y aquí es donde me resulta difícil. El voltaje que sale del secundario debe tener la misma fase y polaridad que el voltaje que se alimenta al primario. ¡Lo que consigo aquí es que tienen polaridades opuestas! Además, no me queda claro cómo decidimos físicamente la polaridad de las derivaciones secundarias, qué es \ $ + \ $ y qué es \ $ - \ $? Luego está también la forma en que se enrollan las dos bobinas, lo que también afecta la polaridad.
Una forma de resolver esto es volver a pensar en la ley de Lenz. Si denotamos la corriente inducida en el secundario como \ $ i_s \ $, entonces Lenz dice que \ $ i_s \ $, inducido por \ $ \ phi_1 \ $, fluirá para oponerse al cambio que lo indujo. Entiendo que esto significa que \ $ i_2 \ $ fluirá de tal manera que el flujo que genera, \ $ \ phi_2 (t) \ $, se opondrá a \ $ \ phi_1 \ $. Así que no importa cómo se enrolle la bobina secundaria (CW o CCW), la corriente inducida, \ $ i_2 \ $, se "organizará" de manera que \ $ \ phi_2 \ $ se opondrá a \ $ \ phi_1 \ $. Dependiendo de lo que esté enrollado el secundario, la polaridad de esta señal cambiará, como muestra este diagrama.
¿Estoyenlociertohastaahora?Siesasí,¿porquéelegimoslaventaja"superior" para tener la polaridad positiva? ¿Y cómo cuadramos todo el negocio con el voltaje inducido, \ $ V_s \ $ teniendo la polaridad inversa al voltaje de fuente que alimenta el transformador?
Ahora viene otra parte de la que no estoy seguro. \ $ \ phi_2 \ $ actúa en contra de \ $ \ phi_1 \ $, por lo tanto, lo reduce y reduce \ $ V_p \ $, por lo que el primario extrae más corriente de la fuente. Por lo tanto, \ $ \ phi_1 \ $ se vuelve grande de nuevo, y asumo que cancela más o menos el flujo inverso \ $ \ phi_2 \ $, por lo que realmente \ $ V_p \ $ no existe en el primario. He visto a varios lugares decir que el transformador quiere mantener el alto flujo en el núcleo. ¿Por eso?
Por último, ¿es que solo yo o Faraday y las leyes de Lenz son realmente solo para fines de ilustración? No creo que lo que sucede dentro del transformador sea reaccionario como ese, donde fluye una corriente y luego reacciona otra. Por ejemplo, no vemos un flujo inverso, pero desglosarlo de esta manera nos ayuda a comprender por qué el resultado final es el que es.
