Transformador Aislador



Todo transformador eléctrico, sea reductor o elevador de voltaje, tiene la particularidad de transferir energía entre sus bobinados, por inducción electromagnética y sin que exista entre ellos, conexión eléctrica alguna (excepto los auto-transformadores). Por tanto, un transformador ofrece una aislación entre los circuitos conectados en el bobinado primario y los conectados al secundario. Ver figura 1.

Sin embargo, el término "Transformador aislador" o "Transformador de aislamiento", se utiliza solamente para referirse a los transformadores con relación 1:1 entre sus devanados primario y secundario. Esto quiere decir que ambos bobinados tienen la misma cantidad de espiras (o vueltas, de alambre conductor), por tanto el bobinado secundario entregará el mismo voltaje de AC (corriente alterna) que se aplique al primario, sin existir una conexión eléctrica entre el bobinado primario y el secundario.

Esta particularidad, resulta útil, como medida de seguridad, cuando se requiere alimentar un aparato (eléctrico o electrónico) desde la red eléctrica, pero sin que exista conexión directa con ella, para proteger la integridad física de quienes deban entrar en contacto con sus circuitos.
Por ejemplo, cuando el técnico reparador debe trabajar en aparatos, cuyos circuitos electrónicos están directamente alimentados desde la red eléctrica. Comúnmente llamados: "circuitos hot", "chasis caliente", "chasis vivo", etc.Transformador de aislación

Cómo protege el transformador aislador

Entre la red eléctrica domiciliaria, sea de 120 o 220 VAC y tierra, existe siempre una diferencia de potencial eléctrico que puede alcanzar hasta el 100% del voltaje de línea. El cuerpo humano, por estar compuesto en gran parte por agua, es un buen conductor de la electricidad. Entrar en contacto con la red eléctrica o con cualquier circuito conectado directamente a ella (ver la figura 2), puede ocasionar que esa diferencia de potencial o voltaje existente entre la línea y tierra produzca una corriente eléctrica a través del cuerpo, que puede llegar a ser letal.

Al colocar un transformador aislador, entre la red eléctrica y el aparato o circuito que se esté manipulando, este recibirá el mismo voltaje requerido para su funcionamiento pero estará aislado de la diferencia de potencial existente entre la línea de distribución eléctrica y tierra, evitando de esa manera, el peligro de sufrir una descarga al entrar en contacto con el. Ver figura 3.

Esta medida de seguridad, también permite proteger los circuitos del aparato y los instrumentos de prueba alimentados de la red eléctrica que deban conectarse a él durante el trabajo de reparación, por ejemplo osciloscopio, generador de señal, etc. Pues por lo general estos instrumentos suelen tener una conexión a tierra a través del tomacorriente, y al conectar su cable de prueba al chasis "vivo" (conectado directamente a la red eléctrica), produce un cortocircuito que puede ocasionar severos daños en los componentes y circuitos electrónicos del equipo en reparación y del instrumento de prueba involucrado.

Comprar o construir un transformador aislador

En algunas tiendas de electrónica y/o electricidad (al menos en algunos países), se comercializan trasformadores aisladores (1:1), pero en caso de no conseguir uno comercial, puede encargar su fabricación en cualquier taller de bobinados; o, si Ud. tiene conocimientos y experiencia en bobinado o rebobinado de transformadores, solo necesitará realizar los cálculos respectivos, conseguir los materiales y poner manos a la obra.
Ver: Calculo de Transformadores, CST - Software para calcular transformadores

Implementando un transformador aislador con materiales en desuso

Para quienes no deseen invertir dinero en comprar, fabricar o encargar la fabricación de un transformador de aislamiento o para quienes gustan de reciclar y aprovechar partes de aparatos en desuso, he aquí una alternativa.

Usando dos transformadores iguales o de características  muy similares (sobre todo el voltaje de sus bobinados), se puede implementar un transformador aislador, simplemente conectando ente si, los bobinados secundarios de ambos (ver figura 4). De ese modo, al aplicar el voltaje de la red eléctrica al bobinado primario de uno de ellos (T1) se obtiene un voltaje similar en el primario del otro (T2), que en este caso actúa como secundario.

Casi cualquier transformador con primario para la red eléctrica utilizada (120 o 220VAC según sea el caso) puede servir para hacer esto, siempre que las características de ambos sean iguales o muy similares entre si. Pero es importante tener presente la capacidad o potencia que pueden manejar o transferir, ya que de ello dependerá la carga o consumo máximo que podamos conectarle.
Si utilizamos dos transformadores, por ejemplo, con secundarios de 12V 2A, lo cual representa una potencia máxima de 24VA (aprox. 24 Watts), el transformador aislador resultante solo podrá ser usado para alimentar cargas, aparatos o circuitos, cuyo consumo no sobrepase esa potencia.

Como en casi todo taller de servicio técnico, suelen existir aparatos electrónicos viejos abandonados, si algunos de ellos utilizan transformadores de alimentación más o menos robustos, usando un par de estos, se puede implementar fácilmente un transformador de aislamiento si gastar un centavo.

En nuestro taller, utilizando dos transformadores de viejas videograbadoras Betamax Sony SL-5400, conseguimos implementar un transformador aislador que puede alimentar cargas de hasta 80 Watts, con lo cual se puede utilizar para trabajar con televisores y monitores TRC de hasta 20".  Pero en viejos amplificadores, minicomponentes de audio de gran potencia u otros equipos, se pueden conseguir transformadores de mayor capacidad.

Si dispone o puede conseguir, un par de transformadores de los viejos televisores de válvulas o tubos electrónicos. Como los de aquellos TV que usaban una válvula rectificadora doble diodo del tipo 5U4 o similar y TRC (Tubo de Rayos Catódicos o Cinescopio) de 19 o más pulgadas, podrá implementar un transformador aislador de excelente capacidad.
Esos transformadores tienen varios secundarios, uno o dos de bajo voltaje (para alimentación de los filamentos calefactores) y otro doble, de alto voltaje (300 ~ 350V x 2) que puede proporcionar una corriente de entre 200 y 250 mA (0.2 y 0.25A) dependiendo de la calidad y características del transformador, según el aparato para el cual fue diseñado.
Interconectando los bobinados secundarios de alto voltaje de un par de esos transformadores, como se muestra en la figura 5, se puede lograr un transformador aislador que puede soportar cargas de 120 a 150 Watts o incluso más.

Implementar un transformador aislador con dos transformadores

Si las características de ambos transformadores no son exactamente iguales entre si, puede ocurrir que el voltaje obtenido sea ligeramente más bajo a más alto que el voltaje de línea aplicado al primario. Si esto ocurre, se puede utilizar uno de los bobinados de bajo voltaje (de 5 y 6V respectivamente), o ambos si es necesario, conectándolo o conectándolos en serie para sumarlo o restarlo (según la fase) al voltaje al obtenido. Ver las líneas punteadas en la figura 5.

Como ve, es bastante fácil crear un transformador aislador usando un par de transformadores "reciclados", solo debe encontrar dos iguales o muy similares en tamaño y voltajes.

Si está pensando utilizar dos transformadores de alto voltaje de hornos de microondas, para crear un transformador aislador, la idea es interesante, pues pueden manejar un consumo realmente muy elevado. Pero...   debe saber que esos transformadores son de reluctancia variable, diseñados especialmente para mantener una corriente constante en su secundario, lo cual podría producir variaciones en el voltaje obtenido según la carga aplicada. Además del peligro que implica la interconexión de los secundarios que manejan voltajes del orden de los 2000 VAC y corrientes de hasta 1A, esos transformadores tienen un alto consumo, incluso sin carga y no están diseñados para trabajo constante.

Recomendaciones

Si bien, puede no ser estrictamente necesario en muchos casos, puede ocurrir que algunos equipos requieran una vía de escape a tierra, para las cargas estáticas, o para oscilaciones parásitas de RF, para ello se puede incorporar una resistencia (R1) de 4.7 Mohm (4.700.000 Ohm) 1/2W y un condensador (C1) de 0.001 uF 1000V conectados entre ambos primarios, como se muestra en el diagrama de la figura 5. La inclusión de estos componentes no representan riesgo alguno para los propósitos de seguridad que ofrece el transformador aislador.

Si implementa este dispositivo utilizando dos transformadores obtenidos de aparatos en desuso, asegúrese de que estén en buen estado y que no se trate de autotransformadores, estos tienen un solo bobinado que hace las veces de primario y secundario, y no sirven en este caso. Verifique que no exista continuidad eléctrica entre ambos bobinados.

Al usar un transformador de aislamiento para la prueba de monitores o televisores de TRC, sobre todo si su capacidad de potencia es limitada, es aconsejable desconectar la bobina desmagnetizadora del TRC, para evitar que el alto consumo de esta, al momento de encender el equipo, pudiera dañar el transformador.

Si construye Ud. mismo su transformador aislador o implementa uno con dos transformadores usados, no olvide conectarle un fusible adecuado  (F en la figura 5) en serie con el bobinado primario, para evitar que un corto o exceso de consumo en el aparato pueda quemarlo.

Para probar el desempeño de un transformador aislador, debe medir el voltaje que entrega. Este debe ser igual al voltaje de la red eléctrica con una variación no mayor del 5% por encima o por debajo de dicho voltaje, y debe mantenerse dentro de ese margen con y sin carga.

Para determinar el consumo máximo que puede soportar, pruebe probar conectando en el secundario, bombillos (lámparas o focos) del tipo incandescente de diferentes potencia (Watts) al tiempo que mide el voltaje que entrega con cada uno de ellos. Si el voltaje cae más de un 6% por debajo del voltaje nominal de línea, es indicio de que ya está excediendo la potencia máxima.

MUY IMPORTANTE !!

Tenga siempre presente, que un transformador aislador, solo protege de la diferencia de potencial existente entre la red eléctrica y tierra, en caso de que Ud. entre en contacto con un polo de la línea de alimentación u otro elemento conectado directamente a ella (por ejemplo circuitos con componentes electrónicos alimentados directamente de la red eléctrica). Pero si alguna parte de su cuerpo entra en contacto simultáneamente con ambos polos de la línea de alimentación, aunque esta provenga de un transformador aislador, sufrirá las consecuencias de los 120 o 220 VAC correspondientes.
Tenga también presente que un transformador aislador no lo protege de otros voltajes presentes en los circuitos del aparato con el que esté trabajando. Los televisores y monitores TRC, por ejemplo, utilizan un Flyback que genera Alto Voltaje del orden de miles de voltios, además de que muchos de sus circuitos manejan tensiones de más de 120VDC.
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