Diferencia clave: convertidor de voltaje y transformador
En la práctica, el voltaje proviene de muchas fuentes diferentes, a menudo de la red eléctrica. Esas fuentes de voltaje, ya sea CA o CC, tienen un valor de voltaje específico o estándar (por ejemplo, 230 V en la red de CA y 12 V CC en una batería de automóvil). Sin embargo, los dispositivos eléctricos y electrónicos no funcionan realmente en estos voltajes específicos; están hechos para trabajar con ese voltaje mediante un método de conversión de voltaje en la fuente de alimentación. Los convertidores de voltaje y los transformadores son dos tipos de métodos que realizan esta conversión de voltaje. La diferencia clave entre el convertidor de voltaje y el transformador es que el transformador solo puede convertir voltajes de CA, mientras que los convertidores de voltaje están hechos para convertir entre ambos tipos de voltajes.
¿Qué es un transformador?
Un transformador transforma un voltaje variable en el tiempo, generalmente un voltaje de CA sinusoidal. Funciona según los principios de la inducción electromagnética.
Figura 01: Transformador
Como se muestra en la figura anterior, dos bobinas conductoras (generalmente de cobre), primaria y secundaria, se enrollan alrededor de un núcleo ferromagnético común. De acuerdo con la ley de inducción de Faraday, el voltaje variable en la bobina primaria produce una corriente variable en el tiempo que corre alrededor del núcleo. Esto produce un campo magnético que varía con el tiempo y el flujo magnético se transfiere a través del núcleo a la bobina secundaria. El flujo variable en el tiempo crea una corriente variable en el tiempo en la bobina secundaria y, en consecuencia, una tensión variable en el tiempo en la bobina secundaria.
En una situación ideal en la que no se produce pérdida de energía, la entrada de energía al lado primario es igual a la energía de salida en el secundario. Por lo tanto, IpVp =IsVs
También, Ip/Is=Ns/N p
Esto hace que la relación de conversión de voltaje sea igual a la relación del número de vueltas.
VsVp=Ns/Np
Por ejemplo, un transformador de 230 V/12 V tiene una relación de transformación de 230/12 de primario a secundario.
En la transmisión de energía, el voltaje generado en la planta de energía debe incrementarse para que la corriente de transmisión sea baja, lo que reduce la pérdida de energía. En las subestaciones y estaciones de distribución, el voltaje se reduce al nivel de distribución. En una aplicación final como una bombilla LED, el voltaje de CA de la red debe convertirse a aproximadamente 12-5 V CC. Los transformadores elevadores y los transformadores reductores se utilizan para subir y bajar el voltaje del lado primario al secundario, respectivamente.
¿Qué es un convertidor de voltaje?
La conversión de voltaje se puede realizar de muchas formas, como CA a CC, CC a CA, CA a CA y CC a CC. Sin embargo, los convertidores de CC a CA generalmente se denominan inversores. Sin embargo, todos estos convertidores e inversores no son unidades de un solo componente como los transformadores, sino que son circuitos electrónicos. Estos se utilizan como diferentes fuentes de alimentación.
Convertidores de CA a CC
Estos son los convertidores de voltaje más comunes. Se utilizan en las unidades de fuente de alimentación de muchos aparatos para convertir la tensión de red de CA en tensión de CC para los circuitos electrónicos.
Convertidor o inversor de CC a CA
Estos se utilizan principalmente en la generación de energía de respaldo a partir de bancos de baterías y sistemas solares fotovoltaicos. El voltaje de CC de los paneles fotovoltaicos o las baterías se invierte en voltaje de CA para alimentar el sistema de alimentación de la casa o un edificio comercial.
Figura 02: Convertidor simple de CC a CA
Convertidor CA a CA
Este tipo de convertidor de voltaje se usa como adaptador de viaje; también se utilizan en unidades de fuente de alimentación de electrodomésticos fabricados para varios países. Dado que algunos países como EE. UU. y Japón usan 100-120 V en la red eléctrica nacional y algunos como el Reino Unido y Australia usan 220-240 V, los fabricantes de electrodomésticos como televisores, lavadoras, etc. usan este tipo de convertidores de voltaje para cambiar el voltaje del red eléctrica a un voltaje de CA correspondiente antes de convertirlo en CC en el sistema. Los viajeros que van de un país a otro pueden necesitar adaptadores de viaje para diferentes países para que sus portátiles y cargadores móviles se adapten al voltaje de la red del país.
Convertidor CC a CC
Este tipo de convertidores de voltaje se utiliza en los adaptadores de energía del vehículo para hacer funcionar cargadores móviles y otros sistemas electrónicos en la batería del vehículo. Dado que la batería suele producir 12 V CC, es posible que los dispositivos tengan que cambiar el voltaje de 5 V a 24 V CC según los requisitos.
La topología utilizada en estos convertidores e inversores puede ser diferente de uno a otro. Allí, también pueden usar transformadores para convertir el alto voltaje en uno más bajo. Por ejemplo, en una fuente de alimentación de CC lineal, se utiliza un transformador en la entrada para reducir la red de CA al nivel deseado. Pero también hay aplicaciones sin transformador. En la topología sin transformador, el voltaje de CC (ya sea de entrada o convertido de CA) se activa y desactiva para generar una señal de CC pulsada de alta frecuencia. La relación de tiempo de encendido y apagado define el nivel de voltaje de CC de salida. Esto se puede considerar como una transformación reductora. Además, se emplean convertidores reductores, convertidores elevadores y convertidores reductores-elevadores para convertir este voltaje de CC pulsante en un voltaje mayor o menor deseado. Este tipo de convertidores son únicamente circuitos electrónicos formados por transistores, bobinas y condensadores.
Sin embargo, los diseños relacionados con circuitos sin transformador y fuentes de alimentación de modo conmutado que utilizan transformadores comparativamente más pequeños son más baratos de producir. Además, su eficiencia es mayor y el tamaño y el peso son menores.
¿Cuál es la diferencia entre el convertidor de voltaje y el transformador?
Convertidor de voltaje frente a transformador |
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| Existen diferentes tipos de convertidores de voltaje para realizar conversiones entre voltajes de CC y CA. | Los transformadores solo se utilizan para convertir tensiones alternas; no pueden funcionar en corriente continua. |
| Componentes | |
| Los convertidores de voltaje son circuitos electrónicos, a veces también equipados con transformadores. | Los transformadores se componen de bobinas de cobre, terminales y núcleos de ferrita; es un dispositivo independiente. |
| Principio de funcionamiento | |
| La mayoría de los convertidores de voltaje funcionan con principios electrónicos y conmutación de semiconductores. | El principio básico del funcionamiento del transformador es el electromagnetismo. |
| Eficiencia | |
| Los convertidores de voltaje tienen una eficiencia comparativamente mayor debido a la baja generación de calor durante la conmutación de semiconductores. | Los transformadores son menos eficientes ya que enfrentan varias pérdidas de energía, incluida la alta generación de calor debido al cobre. |
| Aplicaciones | |
| Los convertidores de voltaje se utilizan principalmente en dispositivos portátiles como adaptadores de corriente, adaptadores de viaje, etc., ya que son más livianos y pequeños. | Los transformadores se utilizan en muchas aplicaciones, incluso en convertidores de tensión. Sin embargo, si se van a convertir voltajes más altos, se deben usar transformadores grandes. |
Resumen: Convertidor de voltaje frente a transformador
Los transformadores y convertidores de tensión son dos tipos de dispositivos convertidores de potencia. Si bien un transformador es un dispositivo único e independiente, los convertidores de voltaje son circuitos electrónicos compuestos por semiconductores, inductores, capacitores y, a veces, también transformadores. Los convertidores de voltaje se pueden usar con entrada de CC o CA para convertirlos a CA o CC. Pero los transformadores solo pueden tener una entrada de voltajes de CA. Esta es la principal diferencia entre el convertidor de voltaje y el transformador.
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