Pregunta sobre la relación entre la corriente de la bobina primaria y secundaria del transformador

Un transformador es básicamente dos bobinas de cable (inductores) que comparten un núcleo común. Si no conecta una carga a la secundaria, también podría considerar un transformador como un inductor. Ese inductor tiene (obviamente) inductancia y la corriente que toma depende de la tensión, la frecuencia y la inductancia aplicadas. Entonces, generalmente, el número de giros en un transformador de alimentación de CA es bastante alto y en la región de mil giros.

Esto significa algunos henries de inductancia y posiblemente alrededor de 100 mA RMS de corriente. Este es solo el primario sin que se tome ninguna corriente secundaria. Esto es típico de un transformador con una calificación de VA de aproximadamente 30 VA y variará para diferentes transformadores en diferentes aplicaciones, es decir, es solo una guía aproximada para dar una idea de los números involucrados.

Esta corriente se denomina corriente de magnetización y es la principal fuente de problemas de saturación del núcleo del transformador. Permanece siempre presente independientemente de la corriente que tome del secundario, pero, por supuesto, se agrega a la corriente primaria causada al conectar una carga al secundario.

Entonces, para un transformador 1: 1 simple (y perfecto) que toma una corriente de magnetización de 0.1 A y con una corriente de carga resistiva de 1 A en el secundario, la corriente primaria total comprende la corriente de magnetización de 0.1 A y la carga de 1 A actual.

Dado que la corriente de carga es resistiva (como se indica) y la corriente de magnetización se debe a la inductancia primaria, las dos corrientes están desfasadas 90 grados, por lo tanto, la corriente primaria total es \ $ \ sqrt {1 ^ 2 + 0.1 ^ 2} \ $ = 1.005 A.

Para un transformador reductor de 10: 1 con 10 A en el secundario, es exactamente la misma corriente primaria.

Complicando las cosas un poco; la corriente de magnetización no será particularmente sinusoidal porque el hierro / acero, etc. no tiene una relación lineal entre el campo aplicado (amperios de giro) y la densidad de flujo (teslas). Esa relación es la permeabilidad del material principal \ $ \ mu \ $. Además, la relación tiene histéresis y esto da lugar a una pérdida resistiva (llamada pérdida por histéresis no sorprendente), por lo que ahora hay una corriente adicional presente en el primario (independientemente de la corriente de carga secundaria vista por el primario).

Debido a que el núcleo de acero / hierro es un conductor, puede actuar como un giro corto, por lo que se usan laminados que están aislados unos de otros, por lo tanto, solo se obtienen pequeñas corrientes de Foucault en cada laminado. Estas pequeñas corrientes que fluyen a través del hierro / acero generan calor y esta es otra pérdida que no tiene nada que ver con la corriente de carga. Entonces, en resumen, las corrientes en el primario son: -

• Magnetización (reactiva y no una pérdida)
• Corriente de pérdida por histéresis (resistiva)
• Pérdidas por corrientes de Foucault (resistivas)
• carga actual

NB: la pérdida por histéresis y por corrientes de Foucault a veces se agrupa bajo el término "pérdida de hierro".

Pero también hay que considerar la inductancia de fuga y la resistencia del devanado. Cualquier corriente que fluya en el secundario o primario fluye a través del cobre, pero todavía tiene resistencia y habrá una pequeña caída de voltios y una pérdida de potencia (cobre) de $ I ^ 2R \ $. Además, todos los giros en el primario no se acoplan magnéticamente al 100% a todos los giros en el secundario, por lo que, en efecto, hay inductancias de fuga que (como la pérdida de cobre) reducen la tensión de salida en el secundario bajo condiciones de carga.

Todo se reduce al circuito equivalente de un transformador: -

\ $ X_P \ $ y \ $ X_S \ $ son las inductancias de fuga, es decir, aquellos giros que no se acoplan. \ $ R_P \ $ y \ $ R_S \ $ son las pérdidas de cobre de primaria y secundaria. \ $ R_C \ $ representa la pérdida de núcleo (pérdidas por corrientes de Foucault e histéresis) y \ $ X_M \ $ es la inductancia de magnetización.

Lo que queda es un transformador sin pérdida perfecto representado por el símbolo del transformador en la imagen; tiene características perfectas y transfiere potencia al 100% de manera eficiente; todos los componentes que cuelgan del mismo transforman ese transformador perfecto en el transformador imperfecto que utilizamos todos los días.

Cuando no hay carga conectada al secundario, la inductancia de magnetización está directamente a través de la línea (junto con alguna inductancia de fuga).

Sin conexión al secundario, solo tiene los devanados primarios alrededor de un núcleo que forman un inductor. Si todo fuera ideal, la corriente en el primario sería 100% reactiva y dada por Vin / Xl.

Habrá cierta ESR asociada con los devanados primarios, así como con la proximidad y las pérdidas de CA. Por lo tanto, la corriente será proporcional a la impedancia total en toda la línea, con componentes reactivos y reales. Si se trata de un transformador "bueno", la corriente seguirá siendo principalmente reactiva.

Cuando comienzas a extraer la corriente del secundario, la corriente primaria aumentará según la relación de giros. Np / Ns = Is / Ip, descuidando algunas de las pérdidas dependientes de la carga.

Wikipedia tiene una buena explicación, así como el circuito equivalente estándar que puede usar para ser más preciso que el anterior:

Artículo de Wikipedia sobre Transformers

El principio pyhsics que permite que la energía cruce el transformador es la transferencia magnética (inductancia mutua). La corriente de CA en el primario está creando un campo magnético, que está mayormente (pero no completamente) contenido dentro del núcleo del transformador. El campo magnético en el núcleo del transformador induce una corriente proporcional en el secundario.

Un transformador "perfecto" imaginario tomaría una corriente de cero del primario si el secundario se desconectara, pero los transformadores en este universo tienen pérdidas. Puede experimentar esto conectando su transformador sin carga a una fuente de energía, alejándose por una hora, regresando y notando que está caliente.

La corriente en el primario causa un campo magnético, el campo magnético causa un voltaje que inhibe la corriente en el primario. Esto se llama "corriente de magnetización"

El campo maenetic también causa voltaje en el secundario.

Cuando se permite que la corriente fluya en el secundario, cancela algo del campo magnético, esto reduce el voltaje que inhibe la corriente en el primario, esto también permite que fluya más corriente en el primario.