En 1831, Faraday realizó su descubrimiento más importante: el de la inducción electromagnética. Desde entonces y hasta ahora, diversas máquinas han basado su funcionamiento en los fenómenos derivados del electromagnetismo. Un claro ejemplo lo constituye el transformador, máquina eléctrica estática, cuya existencia es fundamental para explicar la mayor difusión de la corriente alterna en comparación con la continua.
En efecto, la generación de corriente alterna de alta tensión es más económica que la de corriente continua y, además, el transformador permite elevar el voltaje inicial a valores apropiados a fin de reducir las pérdidas en las líneas de transporte.
Una vez la energía eléctrica llega a los centros de consumo, vuelve a ser necesaria la presencia del transformador para rebajar la tensión a valores menos peligrosos y compatibles con los motores, lámparas, etc. Existe un sinfín de aplicaciones en las que se requiere la función del transformador.
Un transformador ordinario consta de un núcleo de hierro cerrado, sobre el que están devanados dos conductores, comúnmente denominados primario y secundario.
El primario recibe energía a una tensión alterna U1. Instantáneamente, circula una corriente alterna por el conductor que a su vez genera un flujo magnético también alterno y cuyas líneas de campo, casi en su totalidad, se cierran a través del núcleo aprovechando la baja reluctancia del hierro. Sin embargo, una reducida parte del flujo magnético producido por la bobina primaria se pierde a través del aire u otros medios. Es lo que se conoce como flujo de dispersión y no interviene en la inducción de tensión en el arrollamiento secundario a diferencia del flujo anterior, concatenado a través del núcleo, que sí es responsable de la inducción de la nueva tensión U2 en el bobinado secundario.
Si N1 y N2 designan, respectivamente, el número de espiras del primario y del secundario se verifica que:
Es decir, que las tensiones primaria y secundaria se hallan en una relación similar a la de los números de espiras de las bobinas.
Así pues, en un transformador, el primario puede entenderse como un receptor de energía alimentado a una tensión U1, y el secundario, como un generador suministrador de energía a una tensión que difiere más o menos de la inducida U2 en la medida en que sea mayor o menor la relación entre la tensión en vacío y la que se obtiene bajo carga. Al cociente que se obtiene de dividir el voltaje primario entre el secundario cuando el transformador se encuentra en régimen de carga se le denomina relación de transformación.
Son dos las principales limitaciones en el diseño de los transformadores. Por una parte, la adecuada elección de los conductores de los arrollamientos con objeto de evitar elevadas densidades de corriente a través de sus secciones que acarreen calentamientos excesivos debido a las pérdidas por efecto Joule. Por otra parte, es la inducción a la cual se somete al núcleo de hierro la que debe limitarse para evitar su saturación y asegurar así el correcto funcionamiento del transformador además de controlar las denominadas pérdidas en el hierro, a causa de la histéresis y de las corrientes de Foucault. Para reducir estas pérdidas, el núcleo se forma a base de chapas ferromagnéticas, generalmente de 0,35 o 0,5 mm. de grueso, aisladas eléctricamente y montadas en la dirección del flujo magnético.
Los dos tipos de transformadores más comunes son los monofásicos y los trifásicos. A su vez, éstos se clasifican atendiendo a la disposición de los devanados respecto del núcleo magnético. Dentro de los transformadores monofásicos existe el transformador de dos columnas en el que se reparten por igual todos los arrollamientos en ambas columnas. Esta disposición se emplea generalmente en aparatos de cierta potencia y en equipos electrónicos donde por razones espaciales se hace necesaria una geometría extraplana del transformador. Otro sistema ampliamente utilizado es el transformador acorazado, formado por un núcleo de 3 columnas, donde sólo en la columna central se arrollan todos los devanados; este sistema tiene su mayor difusión entre los equipos electrónicos, de ahí que con frecuencia estos transformadores se conciban para su posterior instalación en placas de circuito impreso. Cabe también destacar el transformador toroidal, cuyo núcleo tiene forma anular y sobre el cual se devanan los conductores no sin antes haber aislado apropiadamente el núcleo. Sus características más destacadas son su baja dispersión y su elevado rendimiento.
Un transformador trifásico puede obtenerse conectando debidamente tres transformadores monofásicos, aunque se pueden reunir los tres en un solo conjunto constructivo denominado transformador de tres columnas, con el consiguiente ahorro de material que esto supone. Mediante dicha disposición se consigue poder prescindir de las tres columnas de retorno de modo análogo a como en las tres corrientes trifásicas de una conexión en estrella puede suprimirse el conductor de retorno o neutro.
En otro plano se hallan los autotransformadores, que a diferencia de los transformadores convencionales de dos devanados sólo consisten de un devanado del que se obtiene directamente mediante dos tomas, que limitan el número de espiras, la tensión deseada. Autotransformadores los hay monofásicos y trifásicos y su principal ventaja radica en que son de menor tamaño respecto a un transformador que suministre la misma potencia a la misma tensión, es decir, cuando su función es análoga. Sin embargo, presentan un gran inconveniente al no ofrecer aislamiento galvánico, cualidad por otra parte muy apreciada de los transformadores.
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