Núcleos de transformadores – qué deberías saber

Transformador es uno de los elementos más importantes en electrónica y sistemas de energía, que permite la conversión eficiente de energía eléctrica entre diferentes niveles de voltaje. El componente clave de cada transformador es el núcleo, que da forma al campo magnético y afecta el rendimiento de todo el dispositivo. El núcleo de ferrita, toroidal o el clásico núcleo laminado determina el flujo del campo magnético y minimiza las pérdidas de energía. Comprender la construcción del transformador y su núcleo permite diseñar mejor circuitos de impulsos, bobinas y diversos tipos de convertidores.

Núcleo del transformador – qué es y cómo funciona

El núcleo del transformador está hecho de un material con alta permeabilidad magnética, que guía el flujo del campo magnético entre los devanados primario y secundario, minimizando las pérdidas de energía. En el caso de los núcleos de ferrita (por ejemplo, MnZn o NiZn), ampliamente utilizados en transformadores de impulsos, las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas a alta frecuencia son mínimas, lo que los convierte en una solución ideal para convertidores modernos y circuitos de impulsos.

El núcleo también proporciona aislamiento magnético entre los devanados, reduciendo las interferencias electromagnéticas y mejorando la estabilidad del voltaje de salida. Gracias a esto, el transformador puede transmitir energía de manera eficiente en sistemas de baja y alta potencia.

Tipos de núcleos utilizados en transformadores

Dependiendo del diseño y propósito, los núcleos se dividen en varios tipos:

1. Núcleo de ferrita – fabricado con materiales cerámicos de alta permeabilidad magnética. Ideal para trabajar a alta frecuencia, minimiza las pérdidas y las interferencias electromagnéticas.

2. Núcleo toroidal – en forma de anillo, permite una distribución uniforme del flujo magnético y reduce la radiación electromagnética. Se utiliza en transformadores de alta potencia y en inductores.

3. Núcleo laminado (EI) – fabricado con láminas delgadas de silicio u otros materiales magnéticos, que reducen las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas. Se utiliza en transformadores de red tradicionales y convertidores de baja y media potencia.

Cada tipo de núcleo está adaptado a circuitos específicos y requisitos de diseño, como frecuencia de operación, potencia de salida o nivel de interferencias electromagnéticas.

Construcción del transformador y núcleo

La construcción del transformador depende en gran medida de la forma y el tipo de núcleo. En transformadores clásicos se utilizan núcleos EI, compuestos por columnas y marcos, lo que permite enrollar los devanados primario y secundario. En transformadores de impulsos, se usa más comúnmente un núcleo de ferrita, que reduce las pérdidas a altas frecuencias de conmutación.

El núcleo toroidal permite una construcción más compacta del transformador y, gracias a su circuito magnético cerrado, minimiza la dispersión del flujo magnético y la radiación electromagnética. En el caso de inductores toroidales o de impulsos, la combinación del núcleo con una bobina correctamente enrollada permite almacenar energía de manera eficiente en el campo magnético con pérdidas mínimas y bajo nivel de interferencias.

Bobinas y devanados – interacción con el núcleo

La bobina es una parte integral del transformador. Los devanados primario y secundario enrollados sobre el núcleo forman un circuito magnético en el que la energía eléctrica se convierte en energía del campo magnético y luego nuevamente en energía eléctrica.

En transformadores de impulsos, las bobinas y el núcleo trabajan juntos para minimizar las pérdidas de energía y mejorar la eficiencia. El núcleo de ferrita minimiza las pérdidas de energía a altas frecuencias, permitiendo lograr alta eficiencia en sistemas que generan diferentes niveles de voltaje.

Los devanados suelen estar hechos de alambre de cobre aislado para reducir la capacitancia e interferencias entre las vueltas. En el caso de núcleos toroidales, los devanados se enrollan uniformemente alrededor del núcleo, lo que reduce la radiación electromagnética y aumenta la eficiencia energética.

Aplicaciones de los núcleos en circuitos electrónicos

Los núcleos de transformadores se utilizan en una amplia gama de dispositivos:

• Convertidores de impulsos – el núcleo de ferrita minimiza las pérdidas a alta frecuencia;
• Transformadores de red – el núcleo laminado EI permite la transferencia eficiente de energía en circuitos de red;
• Inductores y filtros – el núcleo toroidal junto con la bobina permite almacenar energía en el campo magnético y estabilizar la corriente;
• Circuitos resonantes – el núcleo magnético aumenta la inductancia de la bobina y permite un ajuste preciso de la frecuencia de resonancia.

Los núcleos son esenciales en circuitos de impulsos, donde ocurren cambios muy rápidos de corriente y voltaje. Un núcleo de ferrita o toroidal correctamente seleccionado permite reducir las pérdidas de potencia, limitar las interferencias y aumentar la eficiencia de todo el sistema.

Pérdidas y eficiencia del transformador

Las pérdidas de energía en un transformador se deben principalmente al flujo de corriente a través de los devanados y a la histéresis y corrientes parásitas en el núcleo. En transformadores de impulsos, minimizar las pérdidas es clave para asegurar un alto rendimiento.

El núcleo de ferrita permite reducir las pérdidas a altas frecuencias, mientras que los núcleos toroidales disminuyen la dispersión del campo magnético y la radiación electromagnética. La eficiencia también depende de la calidad del material del núcleo, del método de enrollado de los devanados y de la topología del circuito. Un núcleo bien diseñado y bobinas correctamente enrolladas permiten aprovechar al máximo la energía eléctrica y prolongar la vida útil del transformador.

Conclusión

El núcleo del transformador es un componente clave que determina el rendimiento, la eficiencia y la fiabilidad del dispositivo. Ya sea ferrita, toroidal o laminado, su función es guiar el flujo magnético, minimizar las pérdidas de energía y garantizar el funcionamiento estable de los devanados y de todo el conjunto del transformador. La construcción del transformador con el núcleo adecuado es la base para convertidores de impulsos, inductores y transformadores de red en una amplia gama de aplicaciones.

Te invitamos a explorar nuestra oferta y descubrir cómo un núcleo de transformador correctamente seleccionado puede aumentar la eficiencia y fiabilidad de tus sistemas electrónicos. Revisa nuestras soluciones y elige los componentes adaptados a tus necesidades.