CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR CASERO <<< 1 2 3 4 >>>
QUÉ ES UN TRANSFORMADOR? Es un componente eléctrico diseñado para cambiar el nivel del voltaje y de la corriente, de acuerdo a las necesidades específicas del caso. Formado por dos bobinas enrolladas alrededor de un núcleo o centro común. El núcleo está formado por una cantidad predeterminada de chapas o láminas hechas de una aleación de Hierro y Silicio. Silicio. Esta aleación reduce las pérdidas por histéresis magnética histéresis magnética (capacidad de mantener una señal magnética después de ser retirado un campo magnético) y aumenta la resistividad del Hierro.
USO Y APLICACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES La corriente eléctrica generada en las plantas de energía, debe ser transportada hasta los hogares y empresas. Para ello es necesario utilizar voltajes muy altos que superan los 25.000 voltios. Por tal razón s e usan transformadores cada tanto, para convertir los altos voltajes, en 115 voltios 115 voltios o 220 voltios, 220 voltios, dependiendo del país. Los aparatos electrónicos de hogares e industrias utilizan para su funcionamiento niveles de voltaje diferentes al que entrega la red pública. Para que estos aparatos funcionen requieren un transformador. transformador. Este manual pretende de modo sencillo, enseñar a construir c onstruir transformadores transformadores de manera casera. Pues el mercado en algunos al gunos países hace costosa o difícil su adquisición. Este tutorial t utorial incluye las tablas y fórmulas para la construcción de todo tipo de de transformadores transformadores que correspondan a las necesidades suyas y de su mercado. NOTA: NOTA: El transformador que vamos a enseñar en este caso, es de 44V x 44V AC, ideal para amplificadores de 250W, 250W , pero es bueno anotar que este es SOLO UN EJEMPLO. Cada vez que piense hacer un transformador debe leer previamente el articulo de Cómo calcular transform transformadores adores,, hasta que aprenda bien a calcularlos.
Materiales
Alambre magneto de doble capa
El alambre de cobre multiusos está multiusos está recubierto con una base en resina poliéster Imida y sobrecapa sobrecapa poliamidemida conocida popularmente como como Barniz Dieléctrico. Dieléctrico. Existen dos tipos de recubrimiento HS (Capa sencilla) y HD (Capa doble). Los alambres magneto pueden ser redondos, cuadrados o rectangulares. Características Características básicas: básicas: 200 grados centígrados de resistencia térmica, resistencia a las sobrecargas, sobrecargas, maleabilidad ideal para embobinar, resistencia a la abrasión, rigidez dieléctrica en presencia de humedad, resiste el choque térmico, el flujo termoplástico y los solventes. Este alambre es usado en la fabricación de generadores, generadores, alternadores, bobinas, motores eléctricos, balastos, lámparas de mercurio, transformadores transformadores de potencia, etc. Para conseguir fácilmente el alambre, se puede recurrir a los depósitos de chatarra o segundas, donde se consigue reciclado. El alambre no debe estar ni pelado, ni quemado, ni partido, o a punto de partirse.
Chapas de hierro silicio
Las chapas o láminas de hierro hi erro silicio o hierro dulce, vienen con formas de letras (I (I) y (E (E) que intercaladas, forman el núcleo del transformador. Estas vienen en grano orientado (de más gauss) o grano no orientado (chapa común). Este material es ideal para evitar las pérdidas por Histéresis magnética Histéresis magnética y tienen la capacidad de imanarse y desimanarse rápida y fácilmente. Conseguir estas chapas nuevas es costoso, pues sus fabricantes venden al por mayor. Por esta razón invitamos a todos los interesados i nteresados a visitar los depósitos o cacharrerías, para que reciclen las chapas de transformadores usados, si el reciclador no lo hace, usted deberá interesarlo en el tema, ofreciéndole comprar las chapas y el alambre a un mejor precio que si el reciclador las vendiera por peso o chatarra. Las chapas y las formaletas tienen una relación directa, existe cada chapa, para cada formaleta. A continuación presentamos una tabla con las especificaciones de las chapas más comunes del mercado.
Dibujo de las chapas para el núcleo del transformador
Medidas en milímetros de las chapas para el núcleo del transformador
Las chapas o láminas de hierro hi erro silicio o hierro dulce, vienen con formas de letras (I (I) y (E (E) que intercaladas, forman el núcleo del transformador. Estas vienen en grano orientado (de más gauss) o grano no orientado (chapa común). Este material es ideal para evitar las pérdidas por Histéresis magnética Histéresis magnética y tienen la capacidad de imanarse y desimanarse rápida y fácilmente. Conseguir estas chapas nuevas es costoso, pues sus fabricantes venden al por mayor. Por esta razón invitamos a todos los interesados i nteresados a visitar los depósitos o cacharrerías, para que reciclen las chapas de transformadores usados, si el reciclador no lo hace, usted deberá interesarlo en el tema, ofreciéndole comprar las chapas y el alambre a un mejor precio que si el reciclador las vendiera por peso o chatarra. Las chapas y las formaletas tienen una relación directa, existe cada chapa, para cada formaleta. A continuación presentamos una tabla con las especificaciones de las chapas más comunes del mercado.
Dibujo de las chapas para el núcleo del transformador
Medidas en milímetros de las chapas para el núcleo del transformador
A
B
C
D
E
Peso por Cm-g
48
32
16
8
-
120
60
40
20
10
-
190
66
44
22
11
-
225
75
50
25
12.5
6.0
300
84
56
28
14
7.0
365
96
64
32
16
8.0
480
114
76
38
19
8.0
675
132
88
44
22
8.0
900
150
100
50
25
9.5
1170
180
120
60
30
9.5
1680
210
140
70
35
11.0
2300
240
160
80
40
11.0
3000
300
200
100
50
11.0
4700
Papel parafinado
Cuando construimos un transformador, la energía se transmite del devanado primario al secundario, a pesar de que estos, no se tocan, t ocan, pues si se llegaran a tocar, habría corto circuito. El papel parafinado de calibre grueso, se usa para aislar ai slar los devanados o rollos de alambre entre sí. Este papel, como su nombre lo dice, tiene un baño de parafina, que lo hace flexible y dúctil. Además lo aísla de la humedad y le da una resistencia al calor, evitando que se cristalice. En caso de no conseguir el papel parafinado, se puede usar papel pergamino o mantequilla grueso, aunque su durabilidad no es la misma.
Formaletas
La Formaleta es un carrete cuadrado que se usa como soporte para enrollar el alambre y evitar que se disperse, ayudando al buen encajamiento del alambre. Al momento de fabricar un transformador se debe tener en cuenta que la formaleta y las chapas están directamente ligadas, ya que el ancho del centro de las chapas, determina el ancho de la formaleta, y la cantidad de chapas, determinan el largo de la formaleta. Por esta razón es importante, al momento de calcular el área del núcleo del transformador, buscar o construir una formaleta que nos aproxime a esta área y coincida con las chapas que tengamos a la mano. Las Formaletas se consiguen en plástico, cartón y fibra de vidrio (para ( para los transformadores de gran tamaño).
Las formaletas se consiguen en los almacenes de materiales para bobinados, aunque a veces son difíciles de conseguir. Por esta razón le hemos pedido a Jaime Ríos, Ríos, Geómetra profesional, que desarrollara unas formaletas en cartón paja, con sus respectivos planos, que puede descargar aquí gratis. gratis . A continuación presentamos una tabla con las formaletas más comunes en el mercado, con su área, potencia máxima según el núcleo y el número de espiras por voltio, para facilitar la construcción de los transformadores más usados en sonido.
Tabla de núcleo de formaletas Medida del área del núcleo en centímetros. Compare el área del núcleo con el más cercano en la tabla, use esta o el área inmediatamente más grande a la que necesita y con el número de vueltas por voltio, calcule las vueltas de alambre del devanado primario y secundario.
NÚCLEO
POTENCIA MÁXIMA
VUELTAS POR VOLTIO
ÁREA Cm ²
1.6 x 1.9
9W
14
3.04
2.2 x 2.8
37W
7
6.16
2.5 x 1.8
20W
9.3
4.5
2.5 x 2.8
49W
6
7
2.8 x 1.5
17W
10
4.2
2.8 x 2.5
49W
6
7
2.8 x 3.5
96W
4.3
9.8
2.8 x 5
196W
3
14
3.2 x 3.5
125W
3.75
11.2
3.2 x 4
163W
3.3
12.8
3.2 x 5
256W
2.625
16
3.8 x 4
231W
2.76
15.2
3.8 x 5
361W
2.21
19
3.8 x 6
519W
1.85
22.8
3.8 x 7
707W
1.58
26.6
3.8 x 8
924W
1.38
30.4
3.8 x 9
1170W
1.22
34.2
3.8 x 10
1444W
1.1
38
3.8 x 11
1747W
1.004
41.8
3.8 x 12
2079W
0.921
45.6
4.4 x 9
1568W
1.06
39.6
4.4 x 10
1940W
0.95
44
4.4 x 11
2342W
0.867
48.4
4.4 x 12
2787W
0.795
52.8
Construcción de la formaleta para el transformador Planos de formaletas
Después de escoger la formaleta que más se aproxima a sus necesidades, imprima el PDF con PDF con los planos. Cálquelas sobre una hoja de cartón paja o cartón piedra de 1 milímetro de espesor, y luego recórtelas con un bisturí, teniendo cuidado de hacerlo con la mayor precisión posible, ya que la formaleta deberá recibir en su interior las chapas de hierro-Silicio, que deberán entrar exactas, pero no apretadas. En el PDF de las formaletas, formaletas , hallará 7 planos pl anos que corresponden a los transformadores transformadores más usados en nuestros proyectos de audio, si usted necesita una formaleta diferente podrá hacerla a escala a partir de las nuestras. Para ver el detalle de la foto, haga clic sobre ella.
Ensamble de la formaleta
Aquí podemos apreciar la manera metodológica para armar la formaleta. Lo primero es hacer un tubo cuadrado con el rectángulo más pequeño, para formar el espacio que contendrá las chapas. Al pegar la segunda capa sobre la primera, hágalo en sentido contrario, haciendo que queden en esquinas opuestas el punto de unión de cada capa, donde la primera, es abrazada por la segunda capa, para dar fuerza y agarre a las dos piezas. Use pegante para madera y aplique abundantemente. A continuación pegue las piezas dobles que irán arriba y abajo, dando la forma de carrete. Luego pegue las otras piezas de refuerzo como se aprecia en las fotos.
Refuerzo con cinta de enmascarar
Es necesario reforzar la formaleta con cinta de enmascarar, ya que la presión que va a recibir al momento de enrollar el alambre, es bastante fuerte. Trate de darle gran firmeza a la formaleta. A continuación pinte la formaleta con Barniz Dieléctrico.
CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR CASERO (parte 2) <<< 1 2 3 4 >>>
Recubrimiento con barniz dieléctrico de la formaleta
Para darle una mejor consistencia, dureza y resistencia al calor y la humedad, es importante aplicar Barniz Dieléctrico a la formaleta de cartón. Se puede aplicar con un pincel y si usted tiene grandes cantidades de barniz, puede sumergir la formaleta y logrará un muy buen resultado.
Observe la formaleta terminada con su baño de barniz. Si no consigue el barniz dieléctrico, use barniz para madera, resina o pintura de poliuretano. Se trata de darle consistencia, fuerza y dureza a la formaleta, use la pintura que tenga a su alcance.
Preparando el alambre magneto
Los transformadores traen cables normales recubiertos de caucho a la entrada y salida de corriente, y no se ve el alambre de cobre desde el exterior, ya que en su interior hay uniones entre el alambre y los cables de salida. Recordemos que el alambre magneto trae un recubrimiento de barniz dieléctrico que lo aísla de la electricidad y de la humedad. Por esta razón es necesario pelar unos cinco milímetros de la punta entes de comenzar a enbobinar el devanado primario y de esta manera soldarle un trozo de cable, que servirá como conexión con el exterior. Utilice lija o una cuchilla para retirar el barniz y descubrir el cobre.
Soldando el cable con el alambre de cobre
Estañe el alambre magneto y el cable encauchetado y luego suéldelos con el cautín. Cerciórese de que la soldadura sea fuerte, halándolos con fuerza. Si esto queda mal, puede soltarse al terminar el transformador y tendrá que desarmarlo para volver a unir los cables. El cable encauchetado al ser más dúctil que el magneto, nos permite manipular el transformador sin riesgo de que se parta o se fisure. Si usted saca las conexiones directamente en el alambre magneto, corre el riesgo de que se quiebre a la salida del transformador y tendría que desarmar, soldar y volver a cerrar el transformador.
Aislamiento con Termoencogible
Es muy importante aislar la soldadura del cable con el alambre, ya que de no ser así, puede presentar daños por corto circuito mas adelante. Utili ce Espagueti Termoencogible o tubo Termorretráctil de 3 milímetros, que no es más que un aislante de forma tubular, que se encoje con el calor, aislando y tomando la forma de lo que cubre.
Asegurando el alambre de cobre
Ahora; antes de comenzar a enrollar el alambre, debemos asegurarlo, tendiendo en cuenta de dejar dentro de la formaleta, al menos un centímetro del cable que va al exterior del transformador, para que al enrollar el cable, éste, nos ayude a asegurarlo. Observe como el cable sale por una de las ranuras de la formaleta. Utilice cinta de enmascarar para esta operación. Es muy importante que el alambre magneto no salga, no asome a la parte externa, el cable encauchetado debe ingresar a la formaleta, debe ser bien soldado y bien aislado, para garantizar un buen inicio en su bobinado. Nota: La diferencia entre cable y alambre, es que el cable es un alambre o varios filamentos de alambre de cobre, cubiertos con plástico o plástico encauchetado, que es más dúctil. El alambre en este caso alambre magneto, viene solo cubierto de Barniz Dieléctrico.
Enrollando el alambre
Enrolle el alambre para el devanado primario, de abajo hacia arriba, de izquierda a derecha, apretando muy bien y teniendo cuidado de no montar una vuelta sobre otra y de no dejar espacios entre las vueltas de alambre. Esto se hace de manera ordenada y pulcra, para que quepan todas las vueltas necesarias. Cuando se hace un enrollamiento desordenado, el alambre ocupa más espacio y al momento de colocar las chapas no entran, por tanto se verá obligado a golpear el alambre con un martillo, interponiendo un tronco plano de madera, para no correr el riesgo de pelarlo, estropeando el barniz aislante del alambre, causando cortos circuitos.
Observe la uniformidad del bobinado, que a pesar de ser hecho a mano, se ve como hecho a máquina. Al bobinar las siguientes capas, tenga cuidado de mantener la buena técnica de enrollado. Puesto que son muchas vueltas y se puede perder la cuenta, le recomendamos que cada 50 o 100 vueltas, pegue un trozo de cinta con el número de vueltas dadas y así, llegado el caso, de perder la cuenta de las vueltas, sólo deberá devolverse hasta la última cinta con al número de vueltas anotado.
Devanado primario terminado
Hemos terminado el devanado primario. Para este caso, que es un transformador para una entrada de 115 voltios en la red pública, se dieron 318 vueltas de alambre calibre 21. Si en su país, la red pública es de 220 voltios deberá enrollar 607 vueltas de alambre calibre 24 en el devanado primario. Nota: Estas vueltas de alambre sólo sirven para este caso; en el que estamos usando una formaleta para núcleo de 3.8 centímetros por 4 centímetros. Para otros transformadores, remítase a nuestro artículo de Cálculo de Transformadores para calcular las vueltas y el calibre del alambre que se requieran. Para terminar, retire de la punta del alambre el barniz dieléctrico y suelde un cable, recubriéndolo con tubo termoencogible y engánchelo en la otra ranura de salida de la formaleta.
Aislando el devanado primario con papel parafinado
El devanado primario y el secundario están aislados entre sí, por papel parafinado o cartón. El campo magnético que se genera entre los dos devanados, transfiere la corriente del primario, al secundario, debido al efecto producido por el acoplamiento inductivo del flujo, es decir, debido a la inductancia mutua. Si por alguna razón no están aislados los dos devanados, el transformador entrará en corto y no funcionará. En la foto se aprecia la colocación del papel parafinado, el cual se ajusta con cinta de enmascarar y luego se recubre con más cinta. Cerciórese de que no existan espacios por los que se puedan tocar el devanado primario con el secundario.
CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR CASERO (parte 3) <<< 1 2 3 4 >>>
Devanado primario terminado y aislado
Observe como fue cubierto el papel parafinado con abundante cinta de enmascarar, dejando una pestaña tanto arriba como abajo para evitar que el alambre del devanado secundario entre en contacto con el devanado
primario. De estos detalles depende la calidad de su transformador para que no tenga pérdidas, ni corrientes de foucault.
Asegurando el devanado secundario
Para enbobinar el devanado secundario, el procedimiento es similar al del primario, sólo que se comienza por el otro lado de la formaleta para que no queden todos los cables del mismo lado y así no confundirlos a la hora de conectarlo. En esta caso usaremos un alambre calibre 16, ya que necesitamos que el transformador nos entregue buena corriente (amperios). Lo primero es añadir un pedazo de cable encauchetado; preferiblemente de un color diferente al usado en al devanado primario, soldándolo al alambre. Recuerde pelar bien la punta del alambre de cobre para retirar el barniz dieléctrico antes de soldar. Aísle la unión con espagueti termoencogible.
Sacando al TAP central o punto centro del transformador
Ya que el transformador que hemos construido, entrega un voltaje de 88 voltios con TAP central, repartidos en 44 voltios y 44 voltios, en el devanado secundario, es necesario, al momento de enbobinar, detenerse a la mitad de las vueltas para soldar un cable de salida que hará las veces de punto centro o TAP central. Recordemos que para el núcleo que estamos usando de 3.8 centímetros por 4 centímetros, el número de vueltas por voltio es de 2.7. Esto quiere decir que 88 x 2.7 = 237.6 vueltas que redondeamos en 238 vueltas, divididas por dos, nos define 119 vueltas, para conectar al punto centro. Al momento de soldar el TAP central o punto centro, recuerde lijar sólo un fragmento del alambre, para que haya adherencia de la soldadura. Aísle bien la soldadura con cinta de enmascarar y continúe con las otras 119 vueltas.
Nota: El método anteriormente enunciado para construir un transformador con TAP central, es casero. Si usted quiere hacer un transformador con TAP central, de manera industrial, deberá calcular las vueltas de alambre del devanado secundario,
tomando la mitad (44V), del voltaje total que hay de extremo a extremo (88V) y enrollar, no un devanado de alambre, si no dos del mismo calibre y a la par. La punta de adentro de un devanado secundario, deberá unirse con la punta de afuera del otro devanado secundario, formando el TAP central. Próximamente ampliaremos este tema.
Terminado el devanado secundario
Después de dar las 119 vueltas restantes, proceda a soldar un cable en la punta final, de la misma manera que las veces anteriores, pelando el alambre, soldando y aislando con Termoencogible. En este momento tenemos el devanado secundario con TAP central. Volvemos a cubrir con Papel Parafinado y cinta de enmascarar, ya que haremos otro devanado secundario, esta vez, de 12 voltios, a unos 300 miliamperios, que utilizaremos para alimentar un preamplificador, que complementará el amplificador y así ahorraremos colocar otro transformador. Cubra bien el devanado secundario, cerciorándose de que no queden puntos descubiertos.
Alistando el devanado adicional
Como en los devanados anteriores, es necesario añadir un cable de otro color para la salida al exterior, soldado al alambre de cobre y ajustar con cinta de enmascarar para poder enrollar el devanado adicional. En este caso usaremos alambre calibre 23, ya que no necesitamos un calibre grueso para este bobinado.
Bobinando el devanado adicional
Enrolle el alambre de abajo hacia arriba para ajustar la punta del comienzo con las vueltas de alambre y terminar arriba para comodidad a la hora de sacar el otro cable encauchetado. Para este transformador sólo
son necesarias 33 vueltas, que son el resultado de multiplicar 12 voltios por 2.7 vueltas por voltio. No olvide que para hallar el número de vueltas de alambre, basta con dividir la constante ( 42), entre el área del núcleo.
Devanado adicional terminado
Al terminar de enrollar las vueltas de alambre para el devanado adicional, remate soldando un cable encauchetado al alambre. Vale la pena enfatizar en lo importante de lijar la punta del alambre, para poder soldar el cable y aislarlo con termoencogible.
Cubriendo el alambre con cartulina
Para proteger el alambre y dar un buen acabado, se cubre el bobinado con una tira de cartulina recubierta con papel adhesivo, que puede ser papel Contact.
CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR CASERO (parte 4) <<< 1 2 3 4 >>>
Colocando las chapas de hierro-Silicio
Ahora viene el proceso de colocar las chapas o láminas de hierro-silicio. Tomamos las chapas con forma de (E) y las vamos introduciendo dentro de la formaleta, intercalándolas una por un lado y la otra por el otro, como se aprecia en la fotografía. Tenga cuidado de no trabarlas, no meter dos pegadas. Nuestras chapas son recicladas, por tal motivo debemos tener cuidado y mirar detenidamente que las chapas no estén pegadas, oxidadas, torcidas o que sean de otros tamaños. En caso de estar oxidadas las chapas, debe lijarlas con lija número 380, hasta retirar totalmente el óxido, para después aplicarles barniz dieléctrico. De no retirar el óxido, las chapas afectadas se convertirán por contacto en una sola chapa, generando una corriente de foucault, causando una pérdida de potencia en el transformador.
Máximo de chapas
Los electrones del devanado primario, excitan los electrones del devanado secundario, produciendo una vibración, que es transmitida a las chapas. Si el transformador no cuenta con la cantidad de chapas necesarias para ajustarlo, éstas, al estar sueltas vibrarán alcanzando altas temperaturas por la fricción generada entre ellas. La cantidad total de chapas o láminas que requiere un transformador, se define por saturación, pues se introducirán tantas, hasta que no haya espacio para introducir una más. Para garantizar el ajuste total entre chapa y chapa, es usual que se haga golpeándolas a martillo. Las últimas chapas al entrar forzadas en la formaleta pueden causar daños; como atravesar la formaleta haciendo contacto con el alambre de cobre, generando un corto. Por esto es importante que las últimas chapas estén en óptimas condiciones.
NOTA: Cuando terminamos de colocar todas las chapas (E), debemos hacer una medición para comprobar que las chapas no quedaron haciendo corto con el alambre, puesto que a veces, cuando el alambre está bastante cerca al borde del carrete, se puede raspar el barniz dieléctrico al momento de introducir una chapa. Lo que debemos hacer es colocar el multímetro en la escala de continuidad. Colocamos una punta en el TAP central del devanado secundario y la otra punta en las chapas. No deberá macar continuidad ni tampoco alguna impedancia.
Completar montaje de chapas
Ahora colocaremos el complemento de las chapas (E), que son las chapas con forma de (I), estas van intercaladas en los vacíos entre los lomos de
las (E). Esta face es relativamente sencilla, pues los vacíos están allí y sólo deben ser llenados. El estado de las chapas en forma de (I) debe ser óptimo. No tener dobleces, no estar oxidadas, no colocar más de una en cada espacio y no olvide que todas deben ser del mismo tamaño.
Ajuste final de las chapas
Después de haber instalado todas las chapas, procederemos a ajustarlas perfectamente entre sí. Para ello, usamos un martillo y una base dura plana, colocamos el transformador sobre la base dura plana y con el martillo vamos rectificando la ubicación de las chapas hasta que todas las caras se vean perfectamente planas.
Atornillado de las chapas
Todas estas normas técnicas de ajuste de las chapas, sólo pretenden evitar que su transformador se recaliente hasta que se derrita el barniz dieléctrico y el alambre entre en corto. Para evitar esto, cogemos la totalidad de las chapas y en sus 4 esquinas atravesaremos 4 tornillos pasantes de buena calidad, con tuerca, que apretaremos muy fuerte, hasta conseguir una sólida pieza.
Circuito Serie para prueba del transformador
Este sistema eléctrico permite probar circuitos o aparatos, sin el riesgo de quemarlos. Si el aparato está en corto circuito, el bombillo prende. Si el circuito no está en corto o está abierto, el bombillo no prende.
En el caso del transformador, deberá colocar los dos caimanes del Circuito Serie en las dos puntas de entrada de corriente del devanado primario. Si el transformador tiene las chapas y el alambre suficientes, el Circuito Serie no deberá prender, pues el consumo de corriente es mínimo y no es suficiente para prender el bombillo. Si el bombillo prende levemente, indica que pueden faltar chapas o alambre en el devanado primario. Si el bombillo prende plenamente, indica que el transformador está en corto circuito. En este caso el bombillo consume la corriente, evitando que el transformador se queme. Para comprobar que los devanados no están abiertos o interrumpidos, junte con un rose las puntas del devanado secundario y el bombillo deberá prender. Haga lo mismo con las otras puntas del devanado secundario y entre las dos puntas del devanado adicional. Si los devanados están correctos, el bombillo en todos los casos deberá prender.
Mediciones
Ya que sabemos que el transformador no está en corto, podemos conectarlo directamente al toma corriente de la pared, así mediremos los voltajes de salida de la siguiente manera: Con el multímetro en la escala de voltaje AC, coloque una punta del multímetro en el TAP central y la otra en el extremo izquierdo del devanado secundario. Deberá marcar el voltaje deseado, en este caso, 44 voltios AC.
Con el multímetro en la escala de voltaje AC, coloque una punta del multímetro en el TAP central y la otra en el extremo derecho del devanado secundario. Deberá marcar el voltaje deseado, en este caso, 44 voltios AC. Colocando las puntas del multímetro entre los dos extremos del devanado secundario, deberá marcar el doble del voltaje medido entre el TAP y cada extremo, en este caso, 88 voltios AC.
Con el multímetro en la escala de voltaje AC, coloque cada punta del multímetro entre los cables de salida del devanado adicional, deberá marcar el voltaje deseado. En este caso entre 12 y 13 voltios AC. Si el resultado de las mediciones hechas no se ajustan, a las medidas
deseadas, indica que hubo un error al contar las vueltas en alguno de los devanados.
Acabados
Teniendo nuestro transformador listo revisamos el ajuste de los tornillos, no olvide colocar los 4 piedeamigos o escuadras metálicas, que serán muy útiles al momento de instalarlo. Por estética recomendamos pintar las chapas con una pintura a base de aceite. Así obtendremos un transformador óptimo y de buena apariencia.
Evite esto
Es mejor hacer, que comprar hecho. Los mercados locales ofrecen un sin número de transformadores, algunos a bajo costo. Tenga cuidado, generalmente los productores locales quieren bajar costos, aún en detrimento del producto, ellos no usan el alambre del calibre requerido, disminuyen las vueltas de alambre, no usan la cantidad de chapas requeridas para el núcleo, no ajustan perfectamente las partes del transformador. Todo ello, para ahorrar costos y tiempo. Para evitar esto, lo mejor es que usted haga su propio transformador, asegurando la calidad del producto, a la vez que hace un gran ahorro. En la foto se aprecia un prototipo de mala calidad que no cumplía con las especificaciones técnicas requeridas, dando como resultado la destrucción del mismo. Que no le suceda.
CÓMO CALCULAR EL TRANSFORMADOR PARA SU AMPLIFICADOR
TRANSFORMADOR El transfomrador componente eléctrico que tiene la capacidad de cambiar el nivel del voltaje y de la corriente, mediante dos bobinas enrolladas alrededor de un núcleo o centro común. El núcleo está formado por una gran cantidad de chapas o láminas de una aleación de Hierro y Silicio. Ésta aleación reduce las pérdidas por histéresis magnética (capacidad de mantener una señal magnética después de ser retirado un campo magnético) y aumenta la resistividad del Hierro.
Funcionamiento de un transformador El cambio de voltaje o corriente que hace un Transformador se sucede gracias a que el devanado secundario es inducido por un campo magnético producido por el devanado primario en conjunto con el núcleo. El cambio de voltaje o corriente, que entrega el transformador es inverso, es decir que cuando el transformador aumenta el voltaje, la corriente baja; y cuando el voltaje baja, la corriente sube. Esto nos lleva a una ley: la energía que entrega un transformador, no puede ser superior a la energía que entra en él. Aunque el devanado primario y el secundario están aislados por cartón, papel parafinado, prespán o plástico, el campo magnético se transmite del devanado primario al secundario. Existe una relación entre las vueltas del devanado primario y el devanado secundario. Esta relación, determina el voltaje de salida del transformador y son iguales, la relación entre las vueltas de los devanados y los voltajes de entrada y salida. Cuando el devanado primario es igual al devanado secundario (1:1), el voltaje y la corriente de entrada, son iguales al voltaje y corriente de salida. En este caso este transformador sólo sirve para hacer un aislamiento galvánico, es decir que podemos tocar la corriente de salida sin ser electrocutados. Al cambiar las vueltas de alambre del devanado secundario, cambia el voltaje de salida del transformador. Ejemplo: si por cada vuelta del devanado primario, damos tres vueltas en el secundario; tendríamos, en el caso de aplicar una tensión de 10 voltios en la entrada, en la salida serían 30 voltios. Y Cuando enrollamos una vuelta de alambre en el secundario por cada tres vueltas del primario; en el caso de aplicar una tensión a la entrada de 30 voltios, tendríamos a la salida 10 voltios. A continuación veremos un método práctico que permite conocer las características del transformador para su Amplificador o cualquier otro aparato. En realidad existen muchas formas de evaluar y calcular un transformador, la que propondremos, conduce de forma fácil y con bastante precisión al modelo del transformador que necesitamos. El punto de partida es determinar la potencia que entrega cada canal del amplificador, si el amplificador es estereofónico. Cada canal aportará la mitad de la potencia del amplificador. Si es un amplificador monofónico, la potencia total será la entregada por la única salida. Veamos un ejemplo: teniendo un Amplificador estéreo de 100 vatios, significa que cada canal es de 50 vatios, o sea que la potencia que entrega canal es 50 vatios. En este caso usaremos parlantes de 8 ohmios, es decir la impedancia del parlante RL, es de 8 ohmios, determinados por el fabricante del circuito integrado de salida o del diseño en sí. Esto quiere decir que la tensión real (RMS) del transformador necesario para alimentar este amplificador, es igual al voltaje continuo que consume el amplificador, dividido entre la raíz cuadrada de 2, (1.4141). Ahora bien, por aquello de las pérdidas es aconsejable incrementar el valor obtenido en unos dos o voltios. Por ejemplo; si su amplificador se alimenta con 34 voltios DC, entonces la tensión RMS del transformador se calculará de la siguiente manera: Voltaje RMS = 34/ √2
34 / 1.4141 = 24 voltios AC Lo quel es igual a:
Voltaje RMS = 24 voltios
A estos 24 voltios es aconsejable sumarle unos 2 voltios, dando como resultado 26 voltios AC La potencia del transformador define la dimensión del núcleo. La potencia no es otra cosa que el producto de la multiplicación entre el voltaje y el amperaje del transformador. Así: PT = V RMS x I RMS
Por ejemplo en el caso anterior calculamos un voltaje de 24 voltios (RMS) y una corriente de 5 Amperios, entonces la potencia será: PT = 24V X 5Amp = 120 vatios
Tabla AWG La razón de aumentar dos voltios en el devanado secundario, es proveer un margen de pérdida producido por el consumo de los diodos rectificadores y en la resistencia natural del transformador. Para que su transformador responda adecuadamente y entregue la corriente deseada, debe construirse con alambre de cobre del calibre apropiado.
Como hallar el calibre del alambre del devanado secundario Para saber el calibre adecuado del alambre del devanado secundario, se debe averiguar los amperios de consumo del amplificador y luego consultar la Tabla AWG. En este caso el amplificador consume 5 amperios que obtuvimos de dividir la potencia en watts del amplificador, entre el voltaje de salida (devanado secundario). Si miramos la tabla AWG, vemos que el alambre calibre 16, soporta 5.2 amperios, aunque en la practica, se puede usar un calibre mas delgado, por ejemplo un 17, (No baje mas de un punto el calibre, ya que podría recalentarse el transformador o no entregar la potencia requerida). Vale recordar que si no sabemos los amperios de consumo, basta con dividir la potencia del amplificador entre los voltios de salida del transformador. Claro está que si el amplificador es de transistores, el devanado secundario se haya sumando los amperios que consumen los transistores. Por ejemplo cuando un amplificador trabaja con 4 transistores 2SC5200 y sabemos que cada uno de estos requiere 1.3 amperios, tenemos un total de 5.2 amperios que equivalen al alambre calibre 16.
Calibre Mils circulares Diámetro mm
Amperaje
7
20,818
3.67
44.2
8
16,509
3.26
33.3
9
13,090
2.91
26.5
10
10,383
2.59
21.2
11
8,234
2.30
16.6
12
6,530
2.05
13.5
13
5,178
1.83
10.5
14
4,107
1.63
8.3
15
3,257
1.45
6.6
16
2,583
1.29
5.2
17
2,048
1.15
4.1
18
1.624
1.02
3.2
19
1.288
0.91
2.6
20
1,022
0.81
2.0
21
810.1
0.72
1.6
22
642.4
0.65
1.2
23
0.509
0.57
1.0
24
0.404
0.51
0.8
25
0.320
0.45
0.6
26
0.254
0.40
0.5
27
0.202
0.36
0.4
28
0.160
0.32
0.3
29
0.126
0.28
0.26
30
0.100
0.25
0.20
Como hallar el calibre del alambre del devanado primario
Para hallar el calibre del alambre del devanado primario, primero hayamos el amperaje. Esto se consigue de dividir los vatios del amplificador, entre el voltaje del toma corriente o de la red pública de su país. En este caso tenemos un suministro de 120 voltios en la red pública. Amperios = Watts RMS/ Voltios de entrada Lo quel es igual a: Amperios = 120W / 120V = 1 Amp
120 watts dividido 120 voltios, igual a: 1 amperio. Si observamos en nuestra tabla AWG, el calibre mas cercano es el 23.
Como hallar el área del núcleo del transformador
Ahora la sección del núcleo se relaciona con la potencia total de la siguiente forma: Sección del núcleo = √ PT La sección del núcleo es igual a la raíz cuadrada de la potencia total. Como vimos anteriormente obtuvimos 120 vatios de potencia, para el transformador. Entonces la sección del núcleo debe ser: Sección del núcleo = √ 120 = 10.95 cms cuadrados
Esto quiere decir que nos servirá un núcleo de 3.3 cms de ancho, por 3.3 cms de largo, lo que equivale a una área del núcleo de 10.89 centímetros cuadrados, aunque no necesariamente tiene que ser cuadrado. Las láminas o chapas que mas se aproximan, tienen 3.2 cms de largo en su centro, tendríamos que colocar la cantidad de chapas que nos den unos 3.6 cms de ancho para lograr esa área. La Formaleta comercial para este caso es de 3.2 cm por 4 cm que tiene una potencia disponible de 163 Watts. Esta potencia de averiguó de elevar al cuadrado el área del núcleo. 3.2 x 4 = 12.8 cms2 12.8 x 12.8 = 163.84W Es mejor siempre usar un tamaño de núcleo más grande del que necesitamos para estar sobrados en potencia y no tener problemas al meter el alambre. Medida para definir el ancho del núcleo sumando chapas o láminas de hierro
Medida para definir el largo del núcleo En las figuras, se aprecia el núcleo del transformador visto por encima, la sección del núcleo será el producto del largo en centímetros por el ancho en centímetros. Este debe corresponder al valor calculado cuando menos, como dijimos anteriormente, si es mayor tanto mejor, pues otorga cierto margen de potencia.
Calculo del número de espiras del alambre de cobre Existe una constante que es el número 42, no vamos a entrar en detalles acerca del origen de este numero, puesto que la idea no es ahondar en matemáticas, si no lograr que personas con poco conocimiento logren hacer transfomradores. Para calcular el número de espiras o vueltas de alambre de cobre, en nuestro ejemplo, se divide 42 entre los 12.8 cms2, que son el área del núcleo de 3.2 x 4. Número de espiras = 42 / 12.8 Cm2 42 dividido 12.8 = 3.28 espiras o vueltas de alambre por voltio. Esto quiere decir, que para el devanado primario, son 120 voltios del toma corriente, multiplicado por 3.28, es igual a: 393 espiras o vueltas de alambre de cobre. Si en su pais el voltaje de la red pública es de 220V, se multiplica, 220 voltios por 3.28 = 721 vueltas en el devanado primario. Para hallar el número de espiras del devanado secundario, se toman los 26 voltios del transformador y se multiplican por 3.28 obteniendo 85 espiras o vueltas de alambre. Ahora que ya sabemos los calibres de alambre a usar y el número de vueltas, podemos hacer nuestro Transformador.
Conexión de dos transformadores simples
En el caso que se nos dificulte conseguir un transformador con TAP central, una opción muy sencilla es conectar dos transformadores simples (Sin TAP central). En la figura se muestra como se hace la conexión correcta para convertir nuestros dos transformadores sencillos, en un transformador con TAP central. Además como se duplica la cantidad de hierro de las chapas, se aumenta un poco la potencia, mejorando el rendimiento de los dos trasformadores.
Transformadores en paralelo
En otras ocasiones se hace difícil conseguir transformadores de amperajes altos y no podemos conseguir los materiales para hacerlo. Como solución para este problema se pueden conectar dos transformadores en paralelo y así duplicar el amperaje y mantener el voltaje. Por ejemplo: Necesitamos un transformador de 18+18 voltios AC, con una corriente de 12 amperios, para alimentar el amplificador de 300W con TDA7294. Podemos conectar en paralelo dos transformadores de 18+18V AC, con una corriente de 6 amperios y así obtendremos el transformador que requerimos para este proyecto.
Si lo desea, puede utilizar un programa llamado transformer calculation, que hace el trabajo de cálculo por usted. Para que los cálculos con este programa salgan correctamente, es necesario sumar dos milímetros a cada lado del núcleo, Puesto que la formaleta donde se enrolla el alambre ocupa espacio de alambre. Otra opción es usar el programa oficial de nuestro sitio Web, que fue creado por Jaider Martínez, uno de nuestros fieles seguidores. Es un software gratuito para calcular las dimensiones, vueltas de alambre y su calibre, con sólo ingresar el voltaje y el amperaje.
Algunos ejemplos de cálculos para realización de transformadores Por Federico Michelutti de Argentina. Antes de realizar los ejemplos deberemos tener en cuenta la siguiente información:
Tabla de núcleo de formaletas
Medida del área del núcleo en centímetros. Compare el área del núcleo con el más cercano en la tabla, use esta o el área inmediatamente más grande a la que necesita y con el número de vueltas por voltio, calcule las vueltas de alambre del devanado primario y secundario.
NÚCLEO
POTENCIA MÁXIMA
VUELTAS POR VOLTIO
ÁREA Cm ²
1.6 x 1.9
9W
14
3.04
2.2 x 2.8
37W
7
6.16
2.5 x 1.8
20W
9.3
4.5
2.5 x 2.8
49W
6
7
2.8 x 1.5
17W
10
4.2
2.8 x 2.5
49W
6
7
2.8 x 3.5
96W
4.3
9.8
2.8 x 5
196W
3
14
3.2 x 3.5
125W
3.75
11.2
3.2 x 4
163W
3.3
12.8
3.2 x 5
256W
2.625
16
3.8 x 4
231W
2.76
15.2
3.8 x 5
361W
2.21
19
3.8 x 6
519W
1.85
22.8
3.8 x 7
707W
1.58
26.6
3.8 x 8
924W
1.38
30.4
3.8 x 9
1170W
1.22
34.2
3.8 x 10
1444W
1.1
38
3.8 x 11
1747W
1.004
41.8
3.8 x 12
2079W
0.921
45.6
4.4 x 9
1568W
1.06
39.6
4.4 x 10
1940W
0.95
44
4.4 x 11
2342W
0.867
48.4
4.4 x 12
2787W
0.795
52.8
Medida del núcleo:
Al multiplicar (X) (ancho del centro de las chapas) por (Y) (fondo dado por la cantidad de chapas), obtenemos el área en centímetros cuadrados, del núcleo de nuestro transformador. Las medias en milímetros disponibles que tenemos para (X) son: 16, 20, 22, 25, 28, 32, 38, 44, 50, 60, 70, 80, 100. (Y) estará determinado por la cantidad de placas o chapas que colocaremos una arriba de la otra.
Ejemplo N° 1:
Entrada: (devanado primario) 220 V Salida 1: (devanado secundario) 60V a 4Amp Lo primero que debemos calcular es la potencia de nuestro transformador: En este caso: 60V x 4 Amp. = 240 watts Ahora: si buscamos en la tabla anterior encontraremos el valor mas aproximado que es: 256W (Estas son potencias máximas y debe estar por encima para reducir las perdidas).
NÚCLEO
POTENCIA MÁXIMA
VUELTAS POR VOLTIO
ÁREA Cm ²
3.2 x 5
256 W
2.625
16
De esta manera encontramos la medida del núcleo que mas se ajuste a nuestras necesidades: X = 3.2 cm por Y = 5 cm Ahora bien; al dividir la potencia de nuestro amplificador, entre el voltaje de entrada, obtenemos el valor del amperaje para el devanado primario: 240w / 220v = 1.09 amp. Ahora observamos en la tabla AWG
Calibre
Mils Circulares
Diámetro mm
Amperaje
17
2.048
1.15
4.1
23
0.509
0.57
1.0
Como ven, debemos utilizar para el devanado primario, alambre magneto de calibre 23 y un alambre calibre 17, para el devanado secundario, ya que este necesita 4 amperios. Para calcular la cantidad las vueltas del devanado primario, debemos multiplicar las Vueltas por voltio (2.21 según nuestra tabla de núcleo de formaletas), por la cantidad de voltios de entrada del transformador (voltaje de la red pública): 220V x 2.625 = 578 vueltas para el devanado primario. Para el devanado secundario, lo mismo pero con la salida de voltios deseada: 60V x 2.625 = 158 vueltas para el devanado secundario.
Ejemplo N° 2: Entrada: (devanado primario): 120V Salida 1: (devanado secundario): 32 x 32V a 3Amp (utilizaremos TAP Central) Lo primero que debemos calcular es la potencia de nuestro transformador; En este caso: 32 + 32V x 3 Amp. = 192 Watts Ahora: si buscamos en nuestra tabla de núcleo de formaletas, encontraremos el valor que más se aproxima es de: 196W, (ya que son potencias máximas).
NÚCLEO
POTENCIA MÁXIMA
VUELTAS POR VOLTIO
ÁREA Cm ²
2.8 x 5
196W
3
14
De esta manera encontramos la medida del núcleo que necesitamos, que es de X = 2.8 cm por Y = 5 cm Ahora bien; al dividir la potencia de nuestro amplificador, entre el voltaje de entrada, obtenemos el valor del amperaje para devanado primario: 192w / 120v = 1.6 amp. Ahora observamos en la tabla AWG
Calibre
Mils Circulares
Diámetro mm
Amperaje
21
810.1
0.72
1.6
18
1.624
1.02
3.2
Como ven, debemos utilizar un calibre 21 para el devanado primario, y un calibre 18, para el devanado secundario, ya que este debe entregar 3 Amp. Para calcular la cantidad las vueltas del devanado primario, debemos multiplicar las Vueltas por voltio (3 según la tabla de núcleo de formaletas), por la cantidad de voltios de entrada (red pública): 120V x 3 = 360 vueltas para el devanado primario. Para el devanado secundario, hacemos lo mismo pero con la salida de voltios deseada: 64V x 3 = 192 vueltas. En este caso, al llegar a la vuelta 96, debemos soldar el cable de TAP Central, o podemos enrollar el alambre en doble y dar sólo 96 vueltas, tal como se aprecia en el video.
Ejemplo N° 3: Entrada: 220V (devanado primario) Salida 1: 24V a 3 Amp (devanado secundario) Salida 2: 9V a 1.6 Amp (devanado secundario adicional) Lo primero es calcular la potencia que deberá entregar transformador, para así encontrar el tamaño del núcleo adecuado. Para este caso tomamos la potencia del devanado secundario principal, que es: 24V x 3 Amp) = 72 watts Luego buscamos en la tabla de núcleo de formaletas y encontramos el valor mas aproximado por encima, que es: 96W (Tenga en cuenta estar al menos un 20% arriba, pensando en las perdidas por corriente de foucault).
NÚCLEO
POTENCIA MÁXIMA
VUELTAS POR VOLTIO
ÁREA Cm ²
2.8 x 3.5
96W
4.3
9.8
De esta manera encontramos la medida del núcleo que necesitamos: X = 2.8 cm por Y = 3.5cm. Ahora bien; al dividir la potencia de nuestro amplificador, entre el voltaje de entrada, obtenemos el valor del amperaje que debe entregar el devanado primario:
96W / 220v = 0.4 amp. Ahora observamos en la tabla AWG
Calibre
Mils Circulares
Diámetro mm
Amperaje
27
0.202
0.36
0.4
18
1.624
1.02
3.2
21
810.1
0.72
1.6
Como ven, debemos utilizar un calibre 27 para el devanado primario, calibre 18 para el devanado secundario y calibre 21 para el devanado adicional. Para calcular la cantidad las vueltas del devanado primario, debemos multiplicar las Vueltas por voltio (4.3 según l a tabla de núcleo de formaletas) por la cantidad de voltios de entrara (voltaje de la red pública). 220V x 4.3 = 946 vueltas para el devanado primario Para el devanado secundario se debe hacer lo mismo, pero con la salida de voltios deseada: 24 v x 4.3 = 103 vueltas. Y para el Devanado Adicional, tenemos que: 9V x 4.3 = 39 vueltas.
Ejemplo N° 4: Entrada: 220V (devanado primario) Salida 1: 33+33v a 3amp (devanado secundario) Salida 2: 12v a 0.8amp (devanado secundario adicional) Comencemos por calcular es la potencia de nuestro transformador: Para este caso tomamos la potencia del devanado secundario principal, que es 33V + 33V x 3 Amp = 198 watts. Ahora buscamos en nuestra tabla de núcleo de formaletas y encontramos el valor mas aproximado por encima, que es: 231W (Tenga en cuenta estar al menos un 20% arriba, pensando en las perdidas por corriente de foucault).
NÚCLEO
POTENCIA MÁXIMA
VUELTAS POR VOLTIO
ÁREA Cm ²
3.8 x 4
231W
2.76
15.2
De esta manera hemos encontrado la medida del núcleo más adecuada para nuestro el núcleo de nuestro transformador: X = 3.8 cm por Y = 4 cm. Ahora bien; al dividir la potencia de nuestro amplificador, entre el voltaje de entrada, obtenemos el valor del am peraje del devanado primario: 231W / 220v = 1.05 Amp. Ahora observamos en la tabla AWG
Calibre
Mils Circulares
Diámetro mm
Amperaje
22
642.4
0.65
1.2
18
1.624
1.02
3.2
24
0.404
0.51
0.8
Como ven, debemos utilizar un calibre 22 para el devanado primario, aunque se puede usar calibre 23, por ser muy poca la diferencia. Para el devanado secundario usamos alambre calibre 18, ya que este devanado necesita 3 Amp y el alambre 18 entrega 3.2 amperios. Y el devanado adicional usamos alambre calibre 24, ya que requiere 0.8 Amp. Para calcular la cantidad las vueltas del devanado primario, debemos multiplicar las vueltas por voltio (2.76 según nuestra tabla de núcleo de formaletas), por la cantidad de voltios de entrara (voltaje de la red pública): 220V x 2.76 = 607.2 vueltas para el devanado primario. Para el devanado secundario, se hace lo mismo, pero con la salida de voltios deseada: 33+33 V x 2.76 = 182 vueltas. En este caso, al llegar a la vuelta 91, debemos soldar el cable de TAP Central, o podemos enrollar el alambre en doble y dar sólo 91 vueltas, tal como se aprecia en el video. Y para el devanado adicional tenemos que: 12Vx 2.76 = 33 vueltas. Agradecimientos muy especiales a Federico Michelutti de Argentina.
CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR TOROIDAL CASERO <<< 1 2 3 >>>
Frente a las 3 grandes desventajas de los Transformadores Cuadrados que se usan para aparatos de gran potencia como son: su exagerado tamaño, gran peso y costo elevado, nos dimos a la tarea de investigar los transformadores que se usan para los amplificadores de alta potencia en el mundo y vimos que los expertos en la materia son los Filipinos, indonesios, la india y otros lugares de Asia; Todos tenían en común el uso de los Transformadores Toroidales. Un ejemplo son los amplificadores Kesler, Crest Audio, Crell, konzert, y Crown, entre otras marcas. Al determinar esto, nos vimos obligados
a buscar una manera sencilla, para hacerlos nosotros mismos. Comprobamos que los transformadores cuadrados son adecuados, usándolos en potencias bajas, desde 1W, hasta 800W, pero si queremos ensamblar potencias superiores debemos; por economía, tamaño, estabilidad y peso, usar Transformadores Toroidales. Y por supuesto! Estos también puede usarlos para los amplificadores de las video rockolas. Nuevamente esperamos que si usted va a construir un Transformador Toroidal con este manual; debe leer el artículo completo y a conciencia, para que obtenga el resultado positivo que todos esperamos al emprender este tipo de tareas. Como siempre esperamos poder demostrar de manera práctica y sencilla, ahorrádoles errores, dinero y tiempo, que finalmente es lo más valioso de todo. En el artículo anterior enseñamos cómo hacer transformadores cuadrados con chapas en forma de ( E) y en forma de (I). Recordemos que un transformador se compone de un devanado primario y un devanado secundario enrollados sobre un núcleo, aislados entre si, tanto el núcleo de los devanados, como los dos devanados entre sí. Un transformador puede ser diseñado para bajar el voltaje o para subirlo. También para aislar el voltaje de la red pública. En este caso vamos a explicar como hacer transformadores toroidales (en forma de rosquilla), únicamente con núcleo de hierro-silicio. NOTA: Toda la información que a continuación brindaremos ha sido adquirida en su gran mayoría a partir de la experiencia diaria. La idea de nuestro sitio Web es incentivar a que más personas hagan y vivan de la electrónica, a pesar de sus pocos conocimientos. Por eso no usamos un lenguaje complicado ni nos basamos en fórmulas complejas, que puedan desmotivar a los principiantes o a las personas que practican en auto aprendizaje. Recordemos que los bobinados de un transformador son de alambre magneto esmaltado con barniz dieléctrico, que sirve como aislante eléctrico. Se envuelven alrededor del núcleo ya sea a mano o con ayuda de una máquina. El número de vueltas de alambre determinan el voltaje, un giro completo alrededor del núcleo equivale a una vuelta. El devanado primario es el que recibe el voltaje de la red pública, ya sean 120V o 220V AC, según sea el país. El devanado secundario es la salida del voltaje del transformador. El devanado secundario es impulsado por un campo magnético producido por el devanado primario, inducido en el núcleo. Un transformador con una relación de 1:1 genera un voltaje casi igual al que entra en él. Digo casi, ya que debido a las pequeñas pérdidas no alcanza a entregar exactamente lo mismo. Por ejemplo; entran 12 voltios, a la salida tendremos unos 11 voltios aprox. Si la relación es 1:2 (primario: secundario), la tensión que entrega el devanado secundario será el doble que la que entra en el primario. Por ejemplo; entran 12 voltios, a la salida tendremos unos 23 voltios aprox. Una proporción de 1:3 dará lugar a una tensión secundaria 3 veces más alta que la tensión en el devanado primario. Por ejemplo; entran 12 voltios, a la salida tendremos unos 34 voltios aprox. Debemos tener en cuenta que todo lo dicho anteriormente sólo se aplica en un transformador sin carga. Cuando el transformador se pone a trabajar, es decir a alimentar algún circuito; por ejemplo un amplificador, se registra una caída de voltaje y por tanto una diferencia entre el voltaje de entrada y el de salida, que ya no coincide con la relación o cálculo que hicimos entre la cantidad de vueltas de alambre del devanado primario y la cantidad del secundario. Esta pérdida de voltaje se debe principalmente a que el acoplamiento magnético del devanado primario y los devanados secundarios a través del núcleo, no logran una eficiencia del 100%, y también a factores como la calidad del alambre de cobre, que entre mas baja sea su calidad, mayor es su resistencia a la corriente. La transferencia de potencia entre el devanado primario y el secundario se realiza magnéticamente, a través del núcleo y el aire. Recuerde que los devanados primarios y secundarios nunca van conectados eléctricamente entre sí, a menos que sea un Auto-transformador y eso es otro tema.
Los Transformadores Toroidales son solenoides de alto rendimiento. Recordemos que se le llama solenoide a un dispositivo físico capaz de generar un campo magnético estable y fuerte en su interior y muy débil en su exterior. Los inductores son aquellos que como su nombre lo indica, i nducen corrientes de una bobina a otra u otras cercanas. Fueron inventadas en agosto de 1831 por el físico Inglés Michael Faraday, quien descubrió que un campo magnético variable puede inducir una tensión en un cable cercano, y a esto se le llamó la Ley de Inducción de Faraday. Los transformadores toroidales también tienen otra propiedad conocida como auto-inductancia, esto es un tipo de resistencia. El toroidal resiste o lucha contra los cambios que se generen en su propia corriente, ya sea para hacerla más grande o más pequeña. La fuerza de la auto-inductancia depende del número de bobinas del toroidal y de la corriente AC que reciba. Características de un transformador toroidal Un Transformador Toroidal tiene un campo magnético en su interior que forma una serie de círculos magnéticos concéntricos. Fuera de él, el campo es nulo. La fuerza de este campo magnético depende del número de espiras o de vueltas que el toroidal tenga. Es decir que el campo magnético disminuye a medida que crece el diámetro del núcleo del transformador. Los Transformadores Toroidales superan en muchos campos de aplicación a los transformadores clásicos, a pesar de que se calculan y construyen con un procedimiento más o menos similar. Lo que hace más eficientes a los Transformadores Toroides es el hecho de que el flujo magnético que atraviesa al núcleo de Hierro-Silicio, siempre gira en la dirección de su circunferencia, es decir en el mismo sentido de su laminación. Esto se debe al hecho de que el núcleo es una banda o lámina muy larga enrollada en espiral.
En cambio en los núcleos de tipo E, I, el flujo del campo magnético tiene que dar la vuelta para seguir el perfil que forman la E y la I. Por esto en los transformadores clásicos la pérdida del flujo magnético es mayor, sobre todo en la unión de las chapas E con las I, lo que no ocurre en los toroidales. Otra gran ventaja que presenta el transformador toroide, es su baja altura que permite ser instalado en sitios donde no cabría un transformador clásico. Para lograr la misma inductancia que un transformador clásico, un toroidal requiere menos vueltas, y puede hacerse más pequeño en tamaño. Una vez construido, notará que se calienta menos que un transformador convencional. Esto permite usar alambre más delgado y un núcleo de menor tamaño. Otra ventaja es, que como el campo magnético está contenido en su interior, los transformadores toroidales se pueden colocar cerca de otros componentes electrónicos, sin riesgo de que se filtren inductancias no deseadas, generando ruidos o mal funcionamiento del circuito adyacente. Los toroidales se utilizan en las telecomunicaciones, dispositivos médicos, instrumentos musicales, amplificadores, balastos y más. No obstante no todo es color de rosa. Existen algunas desventajas a la hora de bobinarlos. Un transformado clásico se bobina directamente en el carrete de alambre, ya sea a mano o usando una máquina giratoria.
En cambio, al hacer un toroidal, el alambre debe pasar a través de una dona, por tanto, se debe calcular primero el largo del alambre para que no nos falte; recordemos que no se deben hacer empates, sobre todo en el devanado primario. Otra desventaja de los toroidales es lo complicado que puede ser encontrar núcleos vacíos. Por eso lo mejor es reciclar y de paso le hacemos un favor al planeta. Claro está que se consiguen rollos de cinta o platina para hacer toroidales. Por ejemplo en tecolradio.com venden los rollos de platina por kilos. Se consiguen desde 3 centímetros de ancho (medida de la altura del núcleo), hasta 9.5 centímetros. La gama es muy amplia y es sólo comprar los kilos necesarios de lámina y enrollarla al gusto o necesidad. NOTA: Toda la teoría y procedimiento que explicaremos a continuación están basados en la práctica, ensayo y error. Así que todo ha sido comprobado antes de hacer este manual. Diseñar transformadores y luego construirlos es una tarea muy interesante y necesaria si lo que se quiere es ahorrar un buen dinero. El transformador que enseñaremos a construir a continuación tiene una potencia disponible de 1.225W aproximadamente. Se dice disponible porque al final no es usada toda esta potencia ya que el circuito no la consume, pero siempre que hacemos transformadores para amplificadores se diseñan un poco por encima de lo requerido por el equipo, esto para compensar aquello de las pérdidas. En primer lugar hablemos del núcleo. Este se consigue de acuerdo a la potencia que requiera el aparato que vayamos a alimentar, recuerde usar un núcleo que esté sobre dimensionado para que quepa el alambre. Si el alambre a usar es grueso, se recomienda que el núcleo tenga un orificio grande. En este caso usamos un núcleo con un área de 35 centímetros cuadrados. Esta se calcula de la siguiente manera: Cálculo del área de un núcleo toroidal (De – Di) * h / 2 De = diámetro externo Di = diámetro interno H = altura En este caso tenemos un núcleo de 18 cms de diámetro externo por 8 cms de diámetro interno y una altura de 7 cms. Entonces tenemos que: 18 – 8 = 10 10 * 7 = 70 70 / 2 = 35 cm2 Un núcleo con un área de 35 cms2 está en capacidad de soportar hasta 1.225W. Recordemos que la potencia de un núcleo se averigua con solo elevar al cuadrado el área del núcleo. 35 * 35 = 1.225. Ahora veamos cómo hallar un núcleo adecuado para nuestro amplificador. En este caso vamos a hacer un amplificador de 1.200W que alimentaremos con este transformador. Este tendrá dos devanados de 60+60V AC, un devanado adicional de 12VAC y otro adicional de 15VAC. Sacamos la raíz cuadrada de 1200W que es 34.6 cm2. Por eso usamos un núcleo de 35 cm2 que es el más cercano que conseguimos por encima de lo requerido. Así que siempre que necesitemos saber que tamaño de núcleo requerimos, solo debemos sacar la raíz cuadrada de la potencia que entrega el aparato, en este caso el amplificador.
Cálculo del calibre y cantidad del alambre para un transformador
Ahora debemos saber que calibre de alambre usaremos y la cantidad de alambre que se requiere. El calibre del alambre del devanado primario se calcula dividiendo la potencia del aparato que vamos a alimentar; en este caso un amplificador de 1200W, en el voltaje de la red pública. 1200 Watts / 120 Voltios = 10 amperios. Si en su país la red pública entrega un voltaje de 220V entonces será: 1200 / 220 = 5.4 amperios. Ahora debemos consultar una Tabla AWG que tiene las equivalencias de los calibres y amperios. En nuestro caso 10 amperios equivalen a un calibre 13. Pero como es un transformador toroidal, recordemos que tienen una mejor eficiencia y podemos usar un calibre por debajo sin temor a que se recaliente. Así que usaremos calibre 14 para el devanado primario. Si en su país la red pública entrega un voltaje de 220, entonces el calibre del alambre del devanado primario será de 16 o 17. El devanado secundario se calcula según el tipo y la cantidad de transistores que lleve el amplificador. Por ejemplo si usamos los transistores de potencia 2SC5200, estos consumen 1.3 amperios. En este caso haremos dos devanados secundarios; uno para cada canal mono del amplificador, con 12 transistores. 12T * 1.3 Amp = 15.6 amperios. El calibre de alambre que soporta por encima de 15.6 amperios es el calibre 11, que soporta 16.6 amperios. Pero teniendo en cuenta lo que dijimos anteriormente de usar un calibre por debajo, usaremos un alambre calibre 12, según la Tabla AWG, que soporta 13.5 amperios. NOTA: cuando hacemos un transformador clásico; cuadrado con chapas I y E, se debe usar el alambre exacto que soporte los amperios necesarios, según la Tabla AWG.
Cálculo del alambre en metros, para devanado primario y secundario Como ya tenemos el calibre adecuado de los alambres, debemos calcular ahora la cantidad de alambre que se va a usar en cada devanado. Para eso primero debemos saber cuantas vueltas de alambre se van en cada uno. Para calcular las vueltas de alambre del devanado primario y el secundario se usa la misma fórmula aplicada en el cálculo de los transformadores cuadrados, que es la constante 42. No olvide que esta fórmula sólo aplica para núcleos de hierrosilicio. 42 / área del núcleo = número de vueltas por voltio. Tenemos que: 42 / 35 = 1.2 vueltas por voltio.
120 voltios de la red pública multiplicado por 1.2 = 144 vueltas de alambre para el devanado primario.
Si en su país la red pública entrega un voltaje de 220V, entonces 220V * 1.2 = 264 vueltas de alambre para el devanado primario. Para el devanado secundario se multiplica el voltaje medio (1/2VAC), es decir, la mitad del voltaje total, por el número de vueltas por voltio. En este caso vamos a hacer dos devanados de 60+60VAC Entonces tenemos que: 60V * 1.2 = 72 vueltas de doble alambre para cada devanado secundario. Recuerde que se deben enrollar los dos alambres iguales al mismo tiempo, esto con el fin de que al final uniremos un extremo inicial de un devanado, con un extremo final del otro devanado y así formar el TAP central o punto cero del transformador.
Antes de enrollar el alambre en un toroidal se debe cortar a la medida. Para esto debemos calcular cuanto alambre se irá en el devanado. Lo primero es medir cuantos centímetros se van en una vuelta de alambre alrededor del núcleo. En nuestro caso son 25 centímetros. Multiplicamos los 25 centímetros por el número de vueltas del devanado primario que son 144 vueltas. 25 * 144 = 3600 centímetros. Ahora se divide en 100 para convertir a metros. 3600 / 100 = 36 metros de alambre para el devanado primario. Se hace lo mismo para el devanado secundario, teniendo en cuenta que una vuelta gastará más alambre porque el devanado primario hizo más grueso el núcleo. Así que le agregamos 2 centímetros.
27 centímetros multiplicados por el número de vueltas del devanado secundario que son 72 vueltas: 27 * 72 = 1944 centímetros. Ahora se divide entre 100 para convertir a metros. 1944 / 100 = 19.4 metros de doble alambre para cada devanado secundario. Personalmente aconsejo dejar uno o dos metros más por precaución.
Cálculo del alambre en gramos para devanado primario y secundario
Ahora bien: en muchos sitios venden el alambre por peso. Es decir en gramos, libras y kilos. Para esto se debe calcular el peso del alambre que necesitamos.
Lo que se hace en estos casos, es cortar un metro exacto de alambre del calibre que necesitamos, luego se pesa en una báscula de precisión y el resultado lo multiplicamos por la cantidad de metros que necesitamos. Ejemplo:
Un metro de alambre calibre 14 pesa 18.6 gramos. Como necesitamos 36 metros: 18.6gr * 36mts = 669.6 gramos de alambre para el devanado primario de nuestro transformador, esta cifra la redondeamos a 670 gramos.
El devanado secundario es de alambre 14 y un metro pesa 26 gramos, Esto se multiplica por el número de vueltas: 26 * 19.4 = 504 gramos, como el alambre se enrolla doble, entonces multiplicamos 504 por 2 y obtenemos 1.008 gramos. Recomendamos siempre comprar un poco más de alambre, ya que la calidad del núcleo a veces exige dar unas cuantas vueltas de más para lograr el voltaje deseado. NOTA: El peso del alambre puede variar un poco, dependiendo de la calidad de éste. Cuando el alambre es de mala calidad viene mezclado con aluminio que lo hace más liviano. Por eso siempre es mejor pesar un metro de alambre antes de hacer la compra.
Tabla AWG con las equivalencias del alambre magneto A continuación tenemos una tabla con los alambres más usados en los transformadores de potencia que muestra la equivalencia en milímetros, gramos por metro, metros por kilo y máximo de amperios que soporta cada alambre. Tenga en cuenta que esto puede variar según la calidad del alambre y su manufactura. Por ejemplo podemos ver cómo el alambre calibre 12 es 3 gramos más pesado que el que usamos en nuestro ejemplo. Esto es debido a que el alambre que usamos no era de la misma calidad que el usado en la tabla. Algunos fabricantes mezclan el cobre con aluminio, bajando el peso y la calidad del alambre. Calibre Diámetro en Gramos por AWG Milimetros metro
Metros por Kilo
Amperios Máximos
6
4,115
119.04
8.4
53.16
8
3,264
74.68
13.39
33.3
9
2,906
59.20
16.89
26.5
10
2,588
46.99
21.28
21.2
11
2,305
37.25
26.84
16.6
12
2,053
29.58
33.8
13.5
13
1,828
23.49
42.56
10.5
14
1,628
18.63
53.65
8.3
15
1,.450
14.79
67.6
6.6
16
1,291
11.7
85.4
5.2
17
1,150
9.31
107.35
4.1
18
1,024
7.38
135.4
3.2
19
0,911
5.86
170.4
2.6
20
0,811
4.65
214.7
2.0
21
0,723
3.7
270
1.6
22
0,643
2.92
341.3
1.2
23
0,573
2.32
429.4
1.0
24
0,510
1.85
540
0.8
25
0,454
1.46
680.3
0.6
26
0,404
1.16
862
0.5
27
0,360
0.934
1070
0.4
28
0,321
0.730
1368
0.3
29
0,285
0.587
1701
0.26
30
0,254
0.461
2165
0.20
31
0,226
0.365
2736
0.16
32
0,201
0.293
3402
0.12
33
0,179
0.230
4330
0.10
34
0,160
0.182
5472
0.08
Esta tabla le puede ser de gran ayuda si no tiene una báscula de precisión para pesar el alambre. Sin embargo recomendamos siempre conseguir más alambre del necesario, teniendo en cuenta lo antes dicho sobre la calidad del alambre El alambre usado para la tabla es alambre hecho en Colombia en la fabrica Provelectricos LTDA. Es alambre magneto de doble capa de aislamiento de muy buena calidad. Allí también conseguimos el papel prespan.
TRANSFORMADOR TOROIDAL CASERO (Parte 2) <<< 1 2 3 >>>
Preparación del núcleo
Ahora debemos preparar el Núcleo. Un núcleo está hecho de una platina de lámina de hierro-silicio muy larga enrollada en sí misma. No es macizo, los de ferrita si lo son; en este artículo No nos ocuparemos de ellos. Los núcleos que usamos en este caso son los tradicionales que funcionan en frecuencias bajas, de entre 50Hz y 60Hz. Conseguir núcleos nuevos en mi país, es prácticamente imposible. Por esta razón nos vimos obligados a buscar en los sitios de reciclaje, botaderos tecnológicos, basureros y compraventas de metales y otros desperdicios sólidos reciclables. Por su origen, llegan a nuestras manos maltratados, sucios y en el peor de los casos, con la platina suelta. Se debe lavar y limpiar muy bien, la platina deberá ser muy bien ajustada en sí misma, para que no presente vibraciones, para evitar que la platina se friccione entre sí y se generen vibraciones que al final se convierten en calor. El Núcleo ya ajustado se debe sellar por arriba y por abajo, para ellos usamos resina de poliéster, de la misma usada en la fibra de vidrio. La referencia que usamos es resina pre-acelerada o promovida 856. La resina de poliéster es una fibra sintética derivada del petróleo y el carbón, como componentes principales. Fue Desarrollada a principios del siglo XX. La resina de poliéster es muy utilizada en la industria de hoy. Un ejemplo evidente es la industria automotriz. La resina de poliéster se presenta como un líquido viscoso que para poderlo endurecer es necesario adicionar un Acelerante llamado Cobalto (líquido de color violeta oscuro) y un Catalizador llamado MEC (líquido transparente). El acelerante regula el tiempo de endurecimiento, mientras que el catalizador se encarga de desencadenar la reacción química. Cuando adquirimos una resina pre-acelerada quiere decir que ya trae incluido el cobalto o acelerante y solo debemos agregar el MEC, al momento de ser utilizada.
El MEC se debe aplicar con moderación. Por lo regular son unas pocas gotas de MEC para una porción de 4 cucharadas de resina. Entre más MEC se agregue a la mezcla, más rápido se endurece la resina y se corre el riesgo de que se cristalice, perdiendo su elasticidad. Así que es mejor, agregar poco MEC para que de esta forma se mantenga maleable más tiempo para aplicar debidamente la resina. Esta resina se aplica abundantemente sobre la espiral del núcleo, uniendo las espiras de la platina. Cuando la resina ha secado totalmente, se voltea el núcleo y se le aplica la resina por el otro lado.
Formaleta del Núcleo
Ahora procedemos a hacer la formaleta para el núcleo. ¿Cómo es esto de la formaleta? Si recordamos los transformadores clásicos tienen una carreta cuadrada en la que se enrolla el alambre. Esta no solo sirve para sostener el alambre, si no, para dar una distancia entre el núcleo y el devanado primario. En los toroides este principio es el mismo, consiste en un recubrimiento para el núcleo hecho en cartón grueso de al menos 2 milímetros. Este es 100% Indispensable siempre.
Cuando no cubrimos el núcleo con cartón grueso, la Serie no apaga y el devanado primario queda siempre en corto. Recordemos que el Circuito Serie es un sistema eléctrico que se arma con un bombillo incandescente o alógeno, dos caimanes y un enchufe o toma corriente, que permite verificar si un circuito está o no en corto o consumiendo más energía de la debida. La formaleta la hacemos con cartón grueso sacado de una caja de embalaje común. Entre más grueso sea el cartón, la serie apagará con menor cantidad de vueltas y el transformador quedará de mejor rendimiento, menor consumo y más económico costo.
Se calca dos veces la circunferencia interna y externa del núcleo sobre el cartón y se recortan ambos círculos. Se recortan un par de tiras que midan la altura del toroide para el recubrimiento en el contorno de afuera y de adentro y que tengan el largo suficiente para dar la vuelta, una por fuera y la otra por dentro del núcleo toroidal. Se deben pegar con bastante cinta de enmascarar, de tal forma que no quede ningún espacio por donde se pueda tocar el alambre a enrollar, con el núcleo de hierro-silicio.
Bobinado del devanado primario
Ya tenemos el núcleo listo con su recubrimiento. procedemos a enrollar el devanado primario.
Comenzamos por hacer un lanzador o también conocido como lanzadera entre los tejedores. Es una tabla de madera que tiene en sus extremos un corte hacia adentro en U, que permite enrollar el alambre de manera longitudinal. El largo debe ser de 50 centímetros sin los topes de los extremos. Esto para que al dar una vuelta completa con el alambre, equivalga a un metro exactamente. Así podrá usted contar los metros de alambre fácilmente.
Teniendo nuestra lanzadera, procedemos a soldar un cable en el extremo d el alambre que vamos a enrollar, este será uno de los cables de entrada de corriente AC de la red pública.
Luego colocamos la unión del alambre con el cable en el centro del núcleo, lo pegamos con cinta de enmascarar y comenzamos a enrollar el alambre pasando por el centro del núcleo nuestra lanzadera, Esto se debe hacer de manera ordenada y tratando de no montar una vuelta sobre la otra. Las vueltas se deben distribuir proporcionalmente en el recorrido por todo el núcleo, es decir que se deben repartir y no sobreponerlas en un lado. Además debe quedar muy apretado para que posteriormente no vaya a vibrar el alambre.
TRANSFORMADOR TOROIDAL CASERO (parte 3) <<< 1 2 3 >>>
Cuando llevemos un 30% de las vueltas necesarias, hacemos una prueba conectando el circuito Serie en los extremos del alambre. Esto para mostrar que aún no está listo el devanado primario y que sí son indispensables las vueltas faltantes.
Al colocar la serie vemos como el bombillo enciende plenamente. Esto muestra que aún no se ha formado el campo magnético y que este circuito todavía está en corto y no se ha convertido en un verdadero solenoide. Cuando ya hemos terminado de enrollar las vueltas calculadas para el Devanado Primario, volvemos a conectar el Circuito Serie y vemos como Si apaga la serie. A veces apaga antes de completar las vueltas calculadas. Esta es una ventaja pues el transformador quedará consumiendo menor cantidad de energía. Cuando no apaga el Circuito Serie, indica que faltaron vueltas de alambre y que los cálculos estuvieron mal hechos o que el núcleo es de mala calidad (pocos gauss). Si al completar las vueltas de alambre no apaga la serie y los cálculos están bien hechos, puede ser que haya hecho mal los cálculos o el núcleo no es de hierro-silicio. Cuando el núcleo es de mala calidad o no es del material mencionado, debemos seguir enrollando alambre hasta el punto en que El Circuito Serie, apague totalmente. En este caso tendremos que volver a Reformular o Recalcular las vueltas que deberán conformar el devanado secundario. El procedimiento es el siguiente: Vueltas dadas en el devanado primario, dividido en el voltaje de la red pública, igual al número de vueltas por voltio. Ejemplo: 144 vueltas / 120 voltios = 1.2 vueltas por voltio. Ahora multiplicamos 1.2 por el voltaje medio que es 60V y tendremos 72 que es el número de vueltas de alambre doble que tendrá el devanado secundario. Al terminar satisfactoriamente el devanado primario, debemos soldar cables en ambas puntas de los extremos del alambre y recubrirlas con espagueti termoencogible.
Bobinado del devanado secundario
Cuando ya tenemos nuestro devanado primario perfectamente hecho y comprobado y vamos a enrollar el devanado secundario, debemos Aislarlo muy bien, esto lo hacemos con un recubrimiento de Papel Prespán y con cinta de enmascarar. Si no consigue el papel Prespán, puede hacer el recubrimiento con cartón y cinta, similar al que hicimos sobre el núcleo. NOTA: Los transformadores construidos a nivel industrial; al momento de tener enrollado el devanado primario, son sumergidos en barniz dieléctrico. Esto se hace para que el alambre quede totalmente rígido y no vibre por ningún motivo. Si desea puede hacerlo, los que hemos construido hasta ahora, no se les ha aplicado el barniz y han trabajado perfectamente. Luego se debe colocar el Polo a Tierra. Esto es opcional. Consiste en colocar alrededor del devanado primario, una platina de lámina delgada de cobre. A la cinta de cobre se le suelda un trozo de cable y luego se cubre con cartón o papel Prespán.
Esta lámina rodeará el transformador y se fija con cinta. Este apantallamiento de cobre sirve para evitar posibles escapes de magnetismo que puedan interferir con los circuitos, especialmente si hay preamplificadores o circuitos de pequeñas señales. Ahora procedemos a enrollar el devanado secundario. Por lo regular un devanado secundario se hace dual o simétrico. Quiere decir que tiene un TAP Central o punto centro; que divide el voltaje de salida en dos voltajes, a la mitad del voltaje total.
Para esto debemos enrollar el alambre doble. Así, que primero se enrollan los metros calculados en el lanzador, siendo dos alambres iguales y luego se enrolla en el toroide de manera ordenada y muy ajustada.
TAP Central del transformador
Al terminar el devanado secundario, se debe medir y verificar que el voltaje de salida sea el requerido. Si está correcto, procedemos a cortar el alambre sobrante. A continuación se une la punta del comienzo de uno de los alambres, con la punta final del otro alambre; para así, formar el TAP central. Tenga cuidado de no unir los extremos del mismo alambre. Para esto verifique con el multímetro en escala de continuidad. El multímetro marca continuidad al medir las puntas del mismo cable. Así que las dos puntas que no marcan continuidad, son las correctas a unir.
La siguiente comprobación se hace con el multímetro en escala de voltaje AC. Al medir entre el TAP y cada uno de los extremos del alambre, el voltaje debe dar totalmente simétrico, es decir que debe dar un voltaje idéntico. Siempre use el Circuito Serie hasta tener completamente terminado el transformador. Es imperativo hacer la comprobación anterior para definir el TAP Central. Habiendo hecho esto procedemos a soldar la unión o TAP central al que le soldaremos un cable lo suficientemente largo, como para que llegue hasta la Fuente del amplificador. Recuerde aislar la unión con espagueti termoencogible. Haga exactamente lo mismo con los dos extremos restantes. Aislamos el devanado secundario, cubriéndolo con cinta, usamos una transparente pero usted puede usar la que desee.
Devanado adicional de 12VAC
En este caso cubrimos nuestro toroidal con cinta transparente, alist ándolo para agregarle un devanado adicional de 12 voltios y 1 amperio para alimentar los ventiladores (cooler). Para calcular el calibre del alambre y número de vueltas; se usa la misma fórmula así: 42 / 35 cms2 = 1.2 vueltas por voltio 1.2 * 12 voltios = 14.4 vueltas de alambre que aproximamos a 15 vueltas. El calibre del alambre se determina sabiendo el consumo de los ventiladores. En este caso vamos a usar 2 ventiladores de 0.4 amperios, que sumados consumen 0.8 amperios, por aquello de las pérdidas usaremos un alambre que soporte 1 amperio, al consultar la tabla AWG, vemos que es el alambre calibre 23. Enrollamos el cable como se ha hecho anteriormente y rematamos soldando cable encauchetado en cada uno de los extremos del alambre. Recubrimos con termoencogible y cubrimos con cinta. Un transformador puede tener más de un devanado secundario y otros devanados adicionales. Nuestro transformador tiene dos devanados secundarios de 60+60 voltios AC. También le agregamos un devanado adicional, de 12 voltios 1 amperio, que servirá para los ventiladores y otro devanado adicional, de 15 voltios que usaremos para regular y alimentar los protectores de parlantes. Todos los devanados secundarios y adicionales se hicieron de la misma manera en que se propone desde el inicio de este manual. Recuerde enrollar todos los devanados en el mismo sentido. Como se aprecia en la fotografía tenemos un transformador toroidal que nos proporciona múltiples voltajes, obtenidos de manera económica y que en otros casos pueden variar. Los toroidales son transformadores expansibles, pues siempre se puede enrollarle un nuevo devanado en el voltaje deseado, y esto se puede seguir haciendo muchas veces hasta que el orificio central se sature. Al final dimos un acabado con cinta transparente, manteniendo así el alambre a la vista.
Mediciones Ahora vamos a hacer las mediciones finales; Colocamos el multímetro en la escala de voltaje alterno (AC). Medimos cada devanado secundario de la siguiente manera; Se coloca una punta en el TAP central y otra en uno de los extremos. Obtuvimos 61.6 voltios. Al cambiar la punta de un extremo al otro, conservando una punta en el TAP central, obtenemos 61.3V.
Nuestro cálculo inicial nos pedía 60+60 voltios, es decir a medición nos dio 1.6 y 1.3 voltios por encima. Tenga en cuenta que esto puede cambiar, pues depende de las variaciones del voltaje de la red pública. De todos modos 1 voltio no hace la diferencia.
En este segundo devanado secundario obtuvimos 61.8 en ambos extremos. Lo que nos dice que está perfectamente simétrico.
En los devanados adicionales se obtuvieron 12.4V y 15V, corroborando la práctica que enseña este método.
Video que muestra la manera práctica de hacer un transformador toroidal
Los subtítulos en español y en inglés se encuentran en el video. Sólo deberá dar play y activar el botón de closed caption que se encuentra en la parte inferior derecha del video. the subtitles in Spanish and English are in the video. You only need to play and activate the closed caption button, located in the lower right corner of the video.
Enrollamiento de un transformador toroidal de manera industrial
La manera de enrollar transformadores toroidales que expusimos anteriormente, por ser a mano es algo lenta. Así que si deseamos hacer transformadores en grandes cantidades, es necesario conseguir una máquina bobinadora de toroidales.
Nuestro Amigo Yiro Chang, muy gentilmente nos ha proporcionado un enlace de un video que muestra la forma como se enhebra en la máquina y se enrolla el alambre. Básicamente lo que se hace es enrollar el alambre en un aro que parece un rin de bicicleta para luego devolver las vueltas de alambre en el núcleo toroidal. Estas máquinas son programables. Se debe digitar en una pantalla el número de vueltas y el área del núcleo para que la máquina distribuya las vueltas en todo el núcleo.
Colocación de un toroidal
La forma correcta de colocar un transformador toroidal es con un tornillo que pasa por su centro y que aprieta una placa metálica que se encarga de fijar el transformador. La caja o gabinete tiene un orificio por el que entre el tornillo. Luego viene una arandela y una almohadilla plástica en la que reposa el transformador. Arriba de este se coloca otra almohadilla y luego una placa metálica cóncava que es ajustada con una tuerca.
Creemos firmemente que el hecho de investigar, analizar, probar, errar, hasta encontrar la manera más sencilla, económica y confiable de hacer transformadores toroidales, va a permitir ensamblar y emprender la creación de aparatos de gran potencia, sin que necesariamente usted deba ser un experto en la materia. Éxitos!
Estás leyendo parte de la revista de Abril de 1950 Recomienda este artículo a un amigo
Construya su Propio Transformador Por Harold P. Strand
PARTE I - EL DISE O
EL DISE AR y construir pequeños transformadores monofásicos, como los empleados por experimentadores en electricidad y radio-técnicos, constituye una ocupación interesante e instructiva. Aun cuando es posible comprar transformadores de voltajes corrientes, con frecuencia se requieren voltajes especiales para tareas experimentales o aparatos nuevos. Es mucho más económico el construir uno mismo tal transformador que encargar su construcción a terceros. Un transformador elemental consiste de un núcleo de hierro laminado sobre el cual se envuelve una bobina de alambre aislado. Esta bobina puede ser de devanado simple, con empalmes, como un transformador de automóvil, o compuesto de dos bobinas separadas, como en las Figs. 1 y 5. Este último tipo de devanado, siendo el más común, será discutido en este artículo. Como se indica en la Fig. 5, una de estas bobinas lleva el nombre de "bobina primaria," ,o "primario" simplemente, y está conectada a la entrada de corriente. La segunda bobina, desde la cual se toma la energía, se llama "bobina secundaria," o "secundario," y tendrá mayor o menor número de vueltas que el primario, según el caso. El núcleo se compone de placas o láminas de acero de silicio, pues la inversión constante del flujo de la corriente alterna produce contra-corrientes en un núcleo de hierro macizo. Por lo tanto, si se empleara un núcleo de hierro macizo, se produciría un recalentamiento en el transformador. El laminado tiende a quebrar dichas contracorrientes. Para resumir, la teoría del funcionamiento de un transformador es la siguiente: El voltaje de la línea envía una corriente por el primario, produciéndose de ese modo el campo magnético (líneas de fuerzas invisibles) dentro del núcleo de hierro. Como dicho núcleo también rodea al secundario, el campo magnético, que aumenta y disminuye ala par de la corriente alterna, atraviesa las espiras del secundario y, por las leyes de inducción magnética, induce un voltaje en este devanado. Si se cierra el circuito del secundario mediante el agregado de una carga, fluirá una corriente en el mismo. El voltaje inducido en el secundario es directamente proporcional al número de vueltas de éste, en comparación con el número de vueltas del primario, a excepción de una ligera pérdida que se explicará más adelante. Por ejemplo, con 100 vueltas en la, bobina primaria y 200 en la secundaria, al aplicarse 100 voltios al primario, se inducirán 200 voltios en el secundario. El transformador también se regula por sí mismo, es decir" automáticamente. Cuando se aplica el voltaje de línea al primario, una fuerza electro-motora contrarrestante, o voltaje, es inducida en ese devanado. Este voltaje es prácticamente igual al voltaje de las líneas sin carga alguna. Estando el secundario abierto, este voltaje contrario impide que fluya corriente en el primario, a excepción de una cantidad muy pequeña. Por consiguiente, un transformador sin carga no toma casi corriente alguna de la línea. La pequeña corriente que toma se denomina "corriente excitadora" y sirve para producir el campo
magnético en el núcleo del transformador.
Cuando se conecta una carga al secundario, la corriente inducida en él debe, de acuerdo con la ley de Lenz, fluir en dirección tal que se oponga al campo magnético del núcleo. Esta oposición tiende a reducir la intensidad del campo magnético, lo cual, a su vez; reduce la contracorriente electro-motora. Como esta última se opone al flujo de la corriente en el primario, resulta evidente que, al reducirse, se permitirá que más corriente fluya por el primario, para satisfacer los requisitos de un aumento de carga en el secundario. De este modo, el transformador actúa de un modo similar a una válvula reguladora automática. El primer paso que se debe tener en cuenta al diseñar un transformador, son las dimensiones del núcleo y su relación con una magnitud de voltamperios o "capacidad nominal." Para beneficio del diseñador aficionado, la tabla No. 4 puede ser usada como guía general. Esto no quiere decir que se deba seguir siempre exactamente; ya que, si se emplea menor cantidad de hierro en el núcleo, deberá compensarse esta situación con un mayor número de vueltas en el primario. Puede verse en la fórmula, Fig. 6, que la relación entre la superficie del núcleo y el número de vueltas es mantenida de modo que se asegure una densidad magnética prudente en el núcleo. Sin embargo, no es buena práctica el usar una cantidad excesiva de hierro o cobre, si han de considerarse las fugas y la eficiencia del transformador. Aun cuando se pueden construir núcleos para transformadores con tiras rectas de acero de silicio, las láminas corrientes de tipo E- Fig. 3, que pueden obtenerse de un transformador en desuso, resultan más convenientes. Lo que más se debe tener en cuenta, al diseñar un transformador, es el espesor que se obtiene al sobreponer las placas laminadas, medido como en la Fig. 2, la anchura de la sección central, "A," en la Fig. 3, y el área de las aberturas. El problema que generalmente confrontan los aficionados es determinar el número de vueltas y el espesor del alambre necesario para producir un determinado voltaje con un núcleo disponible determinado. Supóngase, por ejemplo, que la anchura de la sección central de las placas disponibles mida 1 1/4", una de las aberturas mida 5/8" x 1 7/8" y que hay suficientes placas para sobreponerlas hasta formar un espesor de 1 3/4". El área del núcleo es la anchura de la sección central (1.25") multiplicada por el espesor de la pila de placas (1.75") A y E, Figs. 3 y 5, que equivale a 2.19 pulgadas cuadradas. Usando la tabla de la Fig. 4, vemos que esto corresponde a una clasificación de 125 voltamperios a 60 ciclos. Si usamos el transformador con una línea de 115 voltios y fuese preciso obtener 230 voltios a 0.5 amperios en las salidas del secundario, debemos multiplicar 230 x 0.5, obteniendo entonces 115 voltamperios, lo cual se encuentra lo suficientemente adentro de la clasificación de 125
voltamperios para el núcleo. Para hallar el número exacto de vueltas en el devanado "primario" deberá usarse la fórmula de la Fig. 6. Colocando los valores correspondientes, dicha fórmula presentaría la siguiente forma:
En esta fórmula, 10^8 toma el lugar de 115 es el voltaje 4.44 es un 60 es la 2.19 es el área del 65 000 son las líneas de fuerza por pulgada cuadrada del campo magnético.
En el resultado, 303 vueltas pueden redondearse a 300. El próximo paso es dividir 300 por el voltaje de línea (115) para 9btener el número de vueltas por voltio. Esto será de 2.61 aproximadamente. Las vueltas necesarias en el secundario, para cualquier voltaje de salida, se calcularan multiplicando 2.61 por el voltaje deseado. En este caso, se quieren obtener 230 voltios, de manera que: 230 x 2.61=600 vueltas. Las fugas que se producen en el acero o cobre, que deben tenerse en cuenta, pueden compensarse con un
100,000,000 primario factor frecuencia núcleo
aumento de un 4% en el número de vueltas. También debe considerarse la "regulación," es decir, la condición que afecta al voltaje de salida, desde la falta de carga hasta la carga total. Generalmente, un aumento del 2% en el número de vueltas compensara esta condición. De manera que, al aumentar las 600 vueltas calculadas en un 6%, o sea un total de 636 vueltas, se obtendrán los 230 voltios íntegros con una carga de 0.5 amperios. La tabla de la Fig. 7, muestra la superficie seccional de los alambres de cobre. Si se mueve el punto decimal en la columna de milésimos (mils) circulares tres espacios hacia la izquierda, es posible determinar rápidamente la capacidad de amperaje de cada tamaño. El "secundario" manejara 0.5 amperios y, en base a la tabla, el alambre No.23, de 509 milésimos circulares, es el tamaño más cercano. Para determinar la corriente.. en el primario, divida la clasificación de voltamperios (capacidad nominal) (1l5y por el voltaje "primario" (115), resultando esto en un amperio. Como los transformadores nunca funcionan con una eficacia del cien por ciento, es conveniente agregar un diez por ciento, es decir, elevar el total a 1.1 amperios. En ese caso, el alambre No.19, de 1288 milésimos circulares, es el tamaño más cercano. Este artículo continúa en el número próximo de "Mecánica Popular." En él se suministrará información detallada y completa con respecto a la construcción practica del transformador.
Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 6 - Abril 1950 - Número 4
Recomienda este artículo a un amigo
Construya su propio TRANSFORMADOR Por Harold P. Strand PARTE II - CONSTRUCCION
DESPUES DE estudiar detenidamente la conformación básica del transformador, detallada en la Parte I, que apareció en nuestra edición del mes pasado, debe usted proceder a la construcción del transformador mismo. A pesar de que la información que se suministra aquí puede aplicarse a la construcción de transformadores de otros tamaños y tipos, los cálculos dados deben seguirse como guía. El primer paso en la construcción del transformador consiste en escoger o hacer el núcleo de hierro laminado. Las piezas corrientes de hierro en forma de E pueden comprarse para tal. fin, o bien pueden obtenerse de un transformador quemado. El núcleo también puede construirse de tiras de lámina metálica. En ambos casos debe saberse de antemano cuál será el tamaño de la bobina acabada, a fin de comprobar si las aberturas de las ventanas en el núcleo tienen un claro suficiente. La bobina consistirá de un devanado primario dé alambre y de otro secundario; se envuelven varias capas de papel aislador y una cubierta de cinta aisladora blanca de algodón alrededor de la bobina acabada. Para calcular el área seccional de las bobinas de alambre, véase la tabla, Fig. 7, de la Parte I. El alambre No. 19 que se usa para el devanado primario tiene 665 vueltas por pulgada cuadrada. Al dividir las 300 vueltas necesarias entre 665, obtenemos .451 pulgadas cuadradas. El alambre No. 23 tiene 1600 vueltas por pulgada cuadrada. Si dividimos 636 entre 1600, el resultado será .397 pulgadas cuadradas. Al sumar estas dos cifras obtenemos un total de .848 pulgadas cuadradas, que es lo que se necesita para las bobinas de alambre. Un espacio adicional de un 25 por ciento del área necesitada para los alambres (en este caso .212 pulgadas cuadradas) será suficiente para acomodar el material aislador. Esto dará un total final de 1.06 pulgadas cuadradas para el espacio de ventana requerido por la bobina acabada. Como las aberturas de las ventanas en las piezas de hierro escogidas para este transformador, Fig. 9, son de 5/8" x 1 7/8", ó 1.17 pulgadas cuadradas, la bobina debe caber ajustadamente, siempre que el alambre se encuentre devanado de una manera bien apretada.
Para un aislamiento mejor, el extremo final de la bobina descansa sobre un trozo de cinta
Para devanar la bobina, será necesario utilizar una forma como la que se muestra en la Fig. 10. Las dimensiones de la forma deben calcularse de una manera cuidadosa en relación al tamaño de las láminas. Las dimensiones que se suministran resultan convenientes para las láminas que se muestran en la Fig. 9. La bobina puede devanarse a mano o con un taladro de mano fijado en posición con un tornillo de banco. Sin embargo, puede realizarse un ahorro considerable de tiempo si la forma se monta en un torno equipado con un contador de vueltas. El contador, que se muestra montado en la bancada del torno, Fig. 8, es impulsado por una banda de caucho, de ajuste apretado, obtenida de una aspiradora al vacío, que se coloca sobre una polea de madera con
un diámetro de 1 pulgada en el árbol del cortador, y sobre una ranura torneada en el mazo del mandril del torno. El bloque central de la forma se envuelve primero con una vuelta de papel flexible para armadura, de un grueso de .010 a .015 pulgadas. El extremo inicial de la bobina de alambre, cuyo largo debe ser de 6", se coloca dentro de una manga de material aislador de algodón. Después de devanar las 300 vueltas de la bobina primaria, corte el alambre, dejando unas 6 pulgadas adicionales para formar un contacto. Cubra este contacto con una manga de algodón y páselo por una ranura en el lado estrecho de la forma, como se indica en la Fig. 10. Luego se coloca una tira de cinta aisladora a lo ancho de la capa superior de alambre y bajo el Para determinar cuánto espacio queda para la bobina contacto con manga, Fig. 11, para un secundaria, sostenga la lámina contra la bobina aislamiento mejor. Llegado este momento, puede hacerse una prueba rápida con colocar una de las láminas en forma de E contra la bobina, como se muestra en la Fig. 12, observando el diámetro de la bobina en relación a las aberturas de las ventanas en el núcleo. Luego, coloque una vuelta de papel aislador alrededor del devanado primario y proceda a devanar sobre el papel las 636 vueltas del alambre No.23 para la bobina secundaria. Debe ponerse una manga de algodón alrededor de ambos contactos de la bobina secundaria y pasar éstos también por la ranura en el lado estrecho de la forma. En algunos transformadores se requieren sólo pocas vueltas con un alambre bastante grueso. Si es difícil devanar el alambre a causa de su grueso diámetro, dos alambres con un área seccional igual al de un solo alambre podrán devanarse La cuerda para atar la bobina se pasa por las ranuras conun alambre doblado en uno de sus extremos paralelamente o lado a lado, con objeto de facilitar esta labor. Podrá obtenerse un devanado más uniforme y perfecto si se emplea un martillo y un bloque de madera para golpetear las vueltas ligeramente después de devanar cada capa; a fin de que el alambre se ajuste en forma apretada; Otro bloque de madera, colocado debajo de la forma y montado sobre la bancada del torno, constituirá un soporte adecuado mientras se golpetean las vueltas de alambre.
Después de devanar ambas bobinas, se quitan la forma y las bobinas del torno y se introducen cuatro trozos de cuerda por las cuatro ranuras y muescas de la forma, utilizando para ello un alambre, como se muestra en la Fig. 13. A continuación, las bobinas se atan firmemente entre sí y la forma se quita. Debe tenerse sumo cuidado al quitar el bloque central, a fin de evitar que se altere la forma de las bobinas. Después de esto, las bobinas se envuelven con cinta aisladora de algodón blanco para bobina, de 3/4" como se ilustra en la Fig;14. Corte y quite las cuerdas una a la vez, a medida que la cinta aisladora se aproxime a ellas, y asegure el extremo de la cinta aisladora con una aguja é hilo. El próximo paso consiste en sumergir las bobinas en barniz aislador; Use barniz de Las bobinas acabadas se envuelven con cinta aisladora de algodón. Al llegar a las cuerdas, quitelas
secamiento al airé y permita que la bobina se sumerja como unos cinco minutos para que se impregne bien.. Después, cuélguela para que seque por varios días, dentro de un sitio seco y caliente. Si la bobina, después de secar, resulta demasiado grande para ajustarse dentro de las aberturas de las ventanas en las láminas, vuelva a insertar el bloque central de la forma para devanar y comprima la bobina en un tornillo de banco, entre dos piezas dé madera, como en la Fig. 15. Antes de montar las láminas del núcleo,. coloque trozos delgados de fibra sobre los lados y bordes de la bobina que serán cubiertos por el núcleo. Las láminas se colocan alrededor de la bobina en posición alternada. Esto se realiza con colocar la parte central de la Si la bobina es muy grande y no se aj usta en las ventanas de lámina en forma de E en la abertura del las láminas, comprímala en un tornillo núcleo, como en la Fig. 16. Luego se empalma una 1ámina recta contra los bordes de la lámina en forma de E, en el lado opuesto de la bobina, A. continuación, la parte central de la segunda lámina se inserta en la abertura del núcleo, en el lado opuesto a donde se colocó la lámina en forma de E anterior. De esta manera, las láminas se colocan en una posición alternada hasta obtener la altura necesaria. El próximo paso consiste en hacer cuatro ménsulas angulares, usando para ello hierro plano de 3/16". Se perforan dos agujeros en cada ménsula, 10s cuales deben coincidir con los agujeros en las láminas. Fije las ménsulas angulares al núcleo, usando pernos, de manera que cada parte doblada de las ménsulas pueda servir de pata sobre la cual sostener el Al armarse el núcleo y la bobina, las láminas en forma de E se alternan con las rectas lado a lado transformador en posición vertical. A fin de eliminar zumbidos en el transformador a causa de láminas sueltas, corte dos trozos de fibra dura al ancho de las patas centrales de la lámina e introduzca aquellos a presión entre la lámina y la bobina, en ambos lados. El último paso para finalizar la construcción del transformador consiste en soldar lengüetas de conexión a los extremos de los cuatro alambres de contacto. Un transformador diseñado y construido de una manera cuidadosa tal como se indica en estas instrucciones y en la Parte I, debe funcionar eficientemente, con sólo un alza moderada de temperatura y un bajo consumo de corriente eléctrica. Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 6 - Mayo 1950 - Número 5
TRANSFORMADOR
Es aquel dispositivo capaz de modificar alguna característica de la energía eléctrica y su principio estructural en dos bobinas con dos o más devanados o arrollamientos alrededor de un centro común llamado núcleo. El núcleo es el elemento encargado de acoplar magnéticamente loa arrollamientos de las bobinas primaria y secundaria del transformador. Esta construido superponiendo numerosas chapas de aleación acero – silicio, fin de reducir las perdidas por histéresis magnética y aumentar la resistividad del acero. Su espesor suele oscilar entre 0,30 y 0,50 mm. La forma más sencilla de construir el núcleo de un transformador es la que consta de tres columnas, las cuales se cierra por las partes superior e inferior con otras dos piezas llamadas yugo o culata. Con el fin de facilitar la refrigeración del transformador los núcleos disponen de unos canales en su estructura que sirven para que circule el aceite de refrigeración. En los transformadores trifásicos, los núcleos se disponen en tres columnas unidas a sus respectivos yugos superior e inferior. Los transformadores tienen la capacidad de transformar el voltaje y la corriente a niveles más altos o más bajos. No crean por supuesto, la energía a partir de la nada; por lo tanto, si un transformador aumenta el voltaje de una señal, reduce su corriente; y si reduce el voltaje de la señal, eleva la corriente. En otras palabras, la energía que fluye a través de un transformador, no puede ser superior a la energía que haya entrado en él.
Relación de vueltas La relacion que exista entre las vueltas del primero y del secundario determina la relacion del voltaje del transformador. Relación 1.1. El voltaje y la corriente del primario se transmiten sin alteraciones al secundario. Con frecuencia a este se le designa como transformador de aislamiento. De elevación: El voltaje se aumenta por la relación de vueltas; así, una relación de 1:5 elevara en un voltaje de 5 voltios en el primario a un voltaje de 25 voltios en el secundario. De reducción: El voltaje se reduce por la relación de vueltas. Así, una relación de 5:1 disminuirá un voltaje de 25 voltios en el primario a un voltaje de 5 voltios en el secundario.
TRANSFORMADORES El transformador es una aplicación importante de la inductancia mutua, un transformador tiene un devanado primario L P conectado a una fuente de voltaje que produce una corriente alterna, mientras que el devanado secundario L S esta conectado a través de una resistencia de carga R L. El propósito del transformador es transferir la potencia del primario que es donde esta conectado al generador al secundario, donde el voltaje inducido en el secundario es capaz de producir corriente en la resistencia de carga conectada a través de L S.
Aunque el primario y el secundario no están conectados entre si, la potencia en el primario esta acoplada al secundario por medio del campo magnético que existe entre los dos devanados. Cada vez que la carga requiera un voltaje mayor o menor al proporcionado por el generador, el transformador puede aumentar o disminuir el voltaje de aquel si se incrementa o decrementa él numero de vueltas del devanado secundario L S (comparado con las vueltas del primario L P) a fin de proporcionar la cantidad de voltaje necesaria en el secundario. RELACION DE VUELTAS:
El cociente entre él numero de vueltas en el primario y el secundario es la relación de vueltas
del transformador. Por ejemplo, 500 vueltas en el primario y 50 en el secundario dan una relación de vueltas de 500/50 o 10:1.
RELACIÓN DE VOLTAJE Con un acoplamiento unitario entre el primario y el secundario, el voltaje inducido en cada vuelta del secundario es igual al voltaje inducido en cada vuelta del primario. Por tanto, la relación de voltajes se encuentra en la misma proporción que la relación de vueltas: Cuando el secundario tiene un mayor numero de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje. Cuando el secundario tiene un numero menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado secundario. Estos cálculos solo son validos para transformadores con núcleo de hierro donde el acoplamiento es unitario. Los transformadores con núcleo de aire para circuitos de RF son, en general, sintonizados para resonancia. En este caso, se considera el factor de resonancia en lugar de la relación de vueltas.
CORRIENTE EN EL SECUNDARIO De acuerdo con la ley de Ohm la cantidad de corriente en el secundario es igual al voltaje en este dividiendo entre la resistencia del circuito del secundario.
POTENCIA EN EL SECUNDARIO La potencia disipada por RL en el secundario es IS2 * RL o VS* IS Es importante notar que la potencia empleada por la carga en el secundario, es proporcionada por el generador conectado al primario. El proceso por medio del cual la carga obtiene la potencia del generador conectado al primario es el siguiente:
Cuando circula por el secundario, el campo magnético de este se opone a la variación del flujo asociado con la corriente en el primario. Entonces, el generador debe proporcionar mas corriente al primario para mantener el voltaje autoinducido a través de LP y del voltaje desarrollado por inducción mutua en el secundario L S. Si la corriente en el secundario duplica su valor, como consecuencia de disminuir a la mitad la resistencia de carga, la corriente en el primario también se duplica con el fin de proporcionar la potencia requerida en el secundario. Por consiguiente, el efecto que la potencia en la carga del secundario ejerce sobre el generador es igual a que si R L estuviese conectada en el primario, con excepción de que en el secundario, el voltaje a través de R L se incrementa reduce de acuerdo con la relación de vueltas.
RELACIÓN DE CORRIENTE Cuando no existen perdidas en el núcleo del transformador, la potencia en el secundario es igual a la potencia en el primario. La relación de corriente es el inverso de la relación de voltaje; esto es, aumentar el voltaje en el secundario significa disminuir la corriente en el primario y viceversa. El secundario no genera potencia, solo la toma del primario. Por tanto, el aumento o disminución de la corriente, en términos de la que circula por el secundario (I S), esta determinada por la resistencia de carga conectada a través de este. Como ayuda para llevar a cabo estos cálculos, recuérdese que el lado que tiene el mayor voltaje es por el que circula la menor corriente. L voltaje V y la corriente I en el primario y en el secundario se encuentran en la misma proporción que el numero de vueltas en el primario y en secundario. EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR
La eficiencia se define como el cociente de la potencia de salida y de la entrada x 100. Autor desconocido, material recogido del web
Otro material recogido del web sobre trafos diseño en Excel que sera útil y puede dar luces para el diseño de un transformador.para explicar el manejo de la misma para que puedan con facilidad tener la información necesaria. Puede existir un mínimo margen de error en los cálculos que no será de consideración. RECOMENDACIONES: Únicamente se ingresará información en las áreas donde los números están en color verde, las de color rojo contienen las fórmulas de cálculo. INFORMACION DEL PRIMARIO: En esta sección de la hoja se ingresará el voltaje de C. A., probablemente al terminar de ingresar toda la información, es decir, la del secundario o secundarios, habrá necesidad de redondear el número de amperios del primario para encontrar el calibre de alambre correcto, esto se hará donde indica la flecha, en el ejemplo el resultado indica .501 amperios y se redondeo a .500 dando un calibre No. 23. Puedes auxiliarte con la tabla en "Calibre alambre". También indica el núemro de vueltas para este devanado(embobinado)
INFORMACION DEL SECUNDARIO: Aquí tenemos información para 3 secundarios cuando se haga necesario, de lo contrario se utilizará la sección "INFORMACION SECUNDARIO 1". El procedimiento en este caso es el mismo que en el primario, si hay necesidad de ajustar el amperaje habrá que buscar el valor que genere el calibre del alambre. En el caso de los secundarios, en lo que se refiere al número de vueltas es recomendable agregar un 5% al total que indique para compensar la pérdida de energía al transferirse del primario al secundario(s). DIMESIONES DEL NUCLEO: En este caso, si tenemos un núcleo disponible se miden las partes que se indica en esta sección y se ingresan para determinar si puede sernos útil, o bien comprar uno y darle al vendedor las especificaciones del transformador que queremos construir. Aquí como se puede ver, toda vez que se ingresa la información del núcleo, no determina la disponibilidad interna que tenemos de este, además de indicarmos estimatibamente que número de vueltas por pulgada lineal tendrán los devanados y el núemro de capas de que constará. Y en la parta última "ESPESOR TOTAL QUE SE NECESITARA", esta nos dá una idea del espacio que ocuparán los devanados dentro de la ventanilla. CONSTRUCCION DEL TRANSFORMADOR: Se tiene ya todo lo referente al diseño y con esta información se procede a la construcción del transformador. Lo primero que se tiene que hacer es construir la forma donde se colocarán los devanados(embobinados). Esta puede ser de fibra, cartón o papel grueso y resistente. El largo debe de cubrir el largo de la ventanilla(las tiras de aislamiento deben de cortarse del largo correcto para que no queden montados los extremos). Teniendo esto preparado se procede a enrollar el primario, procurando que quede muy parejo y sin separación alguna y sin que se monte una sobre la otra en la misma capa. Lo mejor para este proceso es un torno adecuado con un cuenta - vueltas y que gire a una velocidad moderada. púedes ingeniartelas para construir uno, los devanados deben de cubrir toda la forma, lo mismo que las capas de aislamiento entre bobinas a fin de evitar que los alambres toquen el núcleo de hierro cuando quede armado el transformador. Para evitar el paso de disturbios que puedan existir en la línea de C.A. a los secundarios, es recomedable cubrir el primario con una lámina delgada de cobre(BLINDAJE ELECTROSTÁTICO), separada de este por medio de una capa de material aislante(papel u otro), de preferencia tela especial impregnada que se conoce con el nombre de "Tela imperio". DEVANADO DEL SECUNDARIO O SECUNDARIOS: Luego del blindaje electrostático se coloca otra capa aislante y se procede a devanar el secundario de alto voltaje (si lo hubiere) y a continuación los secundarios de bajo voltaje o el secundario de bajo voltaje. Si hay más de un secundario se recomienda colocar una capa de aislamiento entre estos, gruesa después del secundario de alto voltaje yh delgadas entre los de bajo voltaje. LOs extremos de cada devanado se deben de dejar lo sificientemente largos. si los alambres son muy finos se bede de colocar alambres más gruesos(en los extremos) y soldar las puntas a estos. Cuando uno o más secundarios requieran de derivaciones, se debe procurar que esta queden en uno de los extremos de la capa para evitar la posibilidad de un corto circuito ocasionado al correr el alambre de la derivación a lo largo del devanado. Sí este es indispensable el tramo atravesado se corre entre el doblez de una tira de cinta de algodón. La derivación se puede obtener de 2 formas: Enrollando 2 bobinas exactamente iguales, una al lado de la otra; o bien, devanando una sobre la otra. En ambos casos las 2 bobinas se conectarán en serie y de esta conexión se saca la derivación central. El primer método presenta mejores características eléctricas, pero el segundo es más fácil de llevar a cabo. Al terminar de enrollar el secundario o el último secundario, se coloca una fina capa final de aislamiento, misma que puede servir para anclar las puntas de conexión, que previamente se han cubierto con canutillos o forros de colores, para identificarlas. Cuando se van a emplear terminales montadas en el mismo embobinado, estas pueden remacharse en una hoja delgada de fibra, la cual se asegura al embobinado con cinta aisladora y una capa final de papel adhesivo, en este se puede indicar los voltajes de las terminales, a las cuales se sueldan las puntas de la bobinas. Es recomendable que cuando se terminado de fabricar el tranformador, sumergirlo en barníz aislador, se deja secar y luego se monta en el núcleo. Para terminar quiero decir que el uso de la cartas gráfica es muy importante para encontrar el área transversal del núcleo, para esto usamos la carta "vatios de potencia", específicamente el área transversal del núcleo es la parte central si se trata de uno tipo "B", en el caso de los núcleos tipo "D" será cualquiera de sus lados. Si vemos el ejemplo del diseño en la hoja electrónica, en esta carta tenemos 2 líneas, "A" y "B", asi como en la parte de abajo horizontalmente tenemos los vatios de 0 a 100 y la otra de 100 a 10000; en el ejemplo de la hoja electrónica tenemos que nuestro transformador será de 60 vatios, buscamos en la línea "A" 60 hasta encontrar la línea ("A"), luego con una regla buscamos las pulgadas , las
cuales estan de forma vertical y nos da 1.1" esta es la dimensión "L" del núcleo para el transformador, no está demás decir que al tratarse de un núcleo con esta área transversal, los lados de este tendrán la mitad (.55")en la parte exterior. Se que existen programas más completos y exactos en un ciento por ciento, lo que trato con esto es que tengan bases de donde partir para la fabricación de un transformador. para ver formulario en formato XLS (Exel) haga clik aqui Bajar programa de calculos de tranformadores © Copyright Hugo Méndez - 19/03/2002 luis frino 2003
