¿Los transformadores funcionan con corriente continua?

Por qué un transformador necesita corriente alterna

Un transformador transfiere energía entre devanados mediante un flujo magnético que cambia con el tiempo. Ese flujo variable en el tiempo se produce cuando el devanado primario ve un voltaje que varía (alterno). Con corriente continua constante (CC), el flujo alcanza un valor constante y no hay flujo cambiante para inducir voltaje en el secundario, por lo que el transformador deja de transferir energía de la manera prevista.

¿Qué sucede si aplica CC al primario de un transformador?

Si conecta CC al primario, el núcleo del transformador se magnetiza rápidamente a un flujo casi constante determinado por la amplitud de CC y la curva de magnetización del núcleo. En ese punto:

• No aparece voltaje de CA inducido en el secundario después de que el transitorio disminuye.
• Durante el instante en que se aplica o elimina la CC, hay un transitorio (un cambio rápido) que puede inducir un pico en el secundario; esto es breve y no se puede utilizar para una entrega de energía constante.
• Riesgo de saturación: la polarización de CC empuja el núcleo hacia la saturación, provocando grandes corrientes magnetizantes que sobrecalientan el devanado y pueden quemar fusibles o dañar el aislamiento del devanado.

Experimentos prácticos y advertencias de prueba.

Si desea observar los efectos de la CC de forma segura, siga pruebas controladas y prácticas de protección. Nunca conecte un primario de transformador desprotegido directamente a una fuente de voltaje esperando un comportamiento de CA.

Configuración de prueba segura

Utilice una fuente de CC ajustable de bajo voltaje, una resistencia limitadora de corriente en serie o un fusible de alto valor y un amperímetro. Aplique CC en pequeños incrementos mientras monitorea la corriente del devanado y la temperatura del núcleo. Deténgase inmediatamente si la corriente aumenta rápidamente o la temperatura sube.

que medir

Realice un seguimiento de lo siguiente: corriente CC primaria (para detectar saturación), cualquier pico breve de voltaje en el secundario durante la conmutación, temperatura del devanado después de un período y condición de aislamiento después de la prueba.

Cuando se utilizan fuentes tipo CC con transformadores (casos comunes del mundo real)

Hay varias situaciones prácticas en las que la CC o la CC pulsada interactúan con los transformadores; comprenderlas aclara qué es posible y qué no.

• CA rectificada que alimenta un transformador: un transformador debe ver flujo alterno. Si rectifica CA y alimenta CC pura al primario (sin componente de CA), no funcionará. Si la forma de onda rectificada todavía contiene un componente alterno significativo (por ejemplo, media onda sin filtrado pesado), el transformador experimentará variaciones de flujo y puede producir salida, pero con distorsión y calentamiento.
• Choques e inductores con polarización de CC: los inductores (similares a los transformadores de un solo devanado) llevan polarización de CC en muchos circuitos (choques suavizantes). Los diseñadores tienen en cuenta la CC seleccionando el material del núcleo y los espacios de aire para evitar la saturación.
• Fuentes de modo conmutado: convierten CC en CA de alta frecuencia (mediante transistores de conmutación) antes de utilizar un pequeño transformador de alta frecuencia. El transformador nunca ve CC constante: ve la CA generada deliberadamente.

Alternativas y soluciones para la transferencia de energía CC.

Si debe transferir energía para un sistema basado en CC, utilice alternativas adecuadas en lugar de un transformador de frecuencia de línea conectado a CC.

• Convertidores CC-CC: utilice convertidores de conmutación diseñados para convertir un voltaje de CC en otro con opciones de aislamiento galvánico (convertidores flyback aislados, convertidores directos) que utilizan transformadores impulsados ​​por formas de onda de conmutación de alta frecuencia.
• Utilice convertidores rotativos o conjuntos de motor-generador para necesidades heredadas en las que se debe generar una fuente de CA a partir de CC (poco común y voluminoso).
• Para el acoplamiento de señales con compensación de CC, utilice condensadores de acoplamiento u optoacopladores en lugar de depender de transformadores para pasar componentes de CC.

Referencia rápida: comportamiento de CA frente a CC en transformadores

Consejos de diseño y lista de verificación de seguridad

• Nunca espere que un transformador de potencia entregue energía constante cuando se alimenta con CC constante; asumir daños a menos que estén especialmente diseñados para polarización de CC.
• Si un circuito contiene componentes de CC y CA, asegúrese de que el diseño del núcleo y del devanado del transformador pueda tolerar la polarización de CC o incluya condensadores de acoplamiento para bloquear la CC.
• Para una conversión de CC aislada, elija una topología de conmutación CC-CC con un transformador controlado por formas de onda de alta frecuencia controladas.
• Siempre agregue protección contra irrupción/sobrecorriente y monitoreo térmico cuando experimente con el uso atípico del transformador.

Conclusión y conclusiones clave

Un transformador convencional requiere un cambio de flujo para funcionar; la CC constante no proporciona eso. El uso de CC en el primario de un transformador conduce a saturación, calentamiento y falta de voltaje secundario constante. Para sistemas que comienzan con CC, utilice convertidores que sinteticen CA para un transformador o utilice topologías de convertidor CC-CC diseñadas para aislamiento. Siga procedimientos de prueba seguros y diseñe de manera conservadora siempre que haya polarización de CC presente.