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Hasta el momento, hemos observado simulaciones de transformadores donde los devanados primario y secundario eran de inductancia idéntica, dando aproximadamente los mismos niveles de voltaje y corriente en ambos circuitos. La igualdad de voltaje y corriente entre los lados primario y secundario de un transformador, sin embargo, no es la norma para todos los transformadores. Si las inductancias de los dos devanados no son iguales, sucede algo interesante:

Observe cómo la tensión secundaria es aproximadamente diez veces menor que la tensión primaria (0.9962 voltios en comparación con 10 voltios), mientras que la corriente secundaria es aproximadamente diez veces mayor (0.9962 mA en comparación con 0.09975 mA). Lo que tenemos aquí es un dispositivo que reduce el voltaje en un factor de diez y la corriente hacia arriba en un factor de diez: (Figura a continuación)

Relación de vueltas de 10:1 rinde 10:1 relación de voltaje primario: secundario y 1:10 relación de corriente primaria: secundaria.

Reexaminemos una fotografía que se muestra en la sección anterior: (Figura abajo)

Se trata de un transformador reductor, como lo demuestra el alto recuento de giros del devanado primario y el bajo recuento de giros del secundario. Como unidad reductora, este transformador convierte la energía de alto voltaje y baja corriente en energía de baja tensión y alta corriente. El cable de mayor calibre utilizado en el devanado secundario es necesario debido al aumento de la corriente. El devanado primario, que no tiene que conducir tanta corriente, puede estar hecho de alambre de menor calibre.

En caso de que se lo esté preguntando, es posible operar cualquiera de estos tipos de transformadores hacia atrás (alimentar el devanado secundario con una fuente de CA y dejar que el devanado primario alimente una carga) para realizar la función opuesta: un step-up puede funcionar como un reductor y viceversa. Sin embargo, como vimos en la primera sección de este capítulo, el funcionamiento eficiente de un transformador requiere que las inductancias de devanado individuales se diseñen para rangos de operación específicos de voltaje y corriente, por lo que si un transformador se va a usar “hacia atrás” como este debe emplearse dentro del diseño original parámetros de voltaje y corriente para cada devanado, para que no resulte ineficiente (¡o no sea que se dañe por voltaje o corriente excesivos!).

El hecho de que el voltaje y la corriente se “escalonen” en direcciones opuestas (una hacia arriba, la otra hacia abajo) tiene perfecto sentido cuando se recuerda que la potencia es igual a la tensión por la corriente, y se da cuenta de que los transformadores no pueden producir energía, solo la convierten. Cualquier dispositivo que pudiera generar más potencia de la que tomó violaría la Ley de Conservación de Energía en física, es decir, que la energía no puede crearse ni destruirse, solo convertirse. Al igual que con el primer ejemplo de transformador que vimos, la eficiencia de transferencia de energía es muy buena desde el lado primario al secundario del dispositivo.

El significado práctico de esto se hace más evidente cuando se considera una alternativa: antes de la llegada de transformadores eficientes, la conversión de nivel de tensión/corriente solo se podía lograr mediante el uso de grupos motor/generadores. Un dibujo de un motor/grupo electrógeno revela el principio básico involucrado: (Figura abajo)

Al observar de cerca los números en el análisis SPICE, deberíamos ver una correspondencia entre la relación del transformador y las dos inductancias. Observe cómo el inductor primario (l1) tiene 100 veces más inductancia que el inductor secundario (10000 H versus 100 H), y que la relación de reducción de voltaje medida fue de 10 a 1. El devanado con más inductancia tendrá mayor voltaje y menor corriente que el otro. Dado que los dos inductores están enrollados alrededor del mismo material del núcleo en el transformador (para el acoplamiento magnético más eficiente entre los dos), los parámetros que afectan a la inductancia para las dos bobinas son iguales excepto por el número de vueltas en cada bobina. Si echamos otro vistazo a nuestra fórmula de inductancia, vemos que la inductancia es proporcional al cuadrado del número de vueltas de bobina:

Entonces, debería ser evidente que nuestros dos inductores en el último circuito de ejemplo de transformador SPICE, con relaciones de inductancia de 100:1, deberían tener relaciones de giro de bobina de 10:1, porque 10 al cuadrado equivale a 100. Esto resulta ser la misma relación que encontramos entre tensiones y corrientes primarias y secundarias (10:1), por lo que podemos decir como regla que la relación de transformación de voltaje y corriente es igual a la relación de vueltas de devanado entre primaria y secundaria.

El efecto reductor/reductor de las relaciones de giro de bobina en un transformador (Figura anterior) es análogo a las relaciones de dientes de engranaje en sistemas de engranajes mecánicos, transformando los valores de velocidad y par de la misma manera: (Figura a continuación)

El tren de engranajes reductores de par reduce el par, mientras aumenta la velocidad.

Los transformadores elevadores y reductores para fines de distribución de energía pueden ser gigantescos en proporción a los transformadores de potencia mostrados anteriormente, algunas unidades de pie tan altas como una casa. La siguiente fotografía muestra un transformador de subestación de aproximadamente doce pies de altura: (Figura abajo)