DISEÑO DE TRANSFORMADORES 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. Esta 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.
MATERIALES Alambre magneto de doble capa El alambre de cobre multiusos está recubierto con Barniz Dieléctrico . Existen dos tipos de recubrimiento HS (Capa sencilla) y HD (Capa doble). Los alambres magneto pueden ser redondos, cuadrados o rectangulares. Características básicas : 200 grados centígrados de resistencia térmica, resistencia a las 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.
Chapas de hierro silicio Las chapas o láminas de hierro silicio o hierro dulce, vienen con formas de letras ( I) y (E) que intercaladas, forman el núcleo del transformador. Este material es ideal para evitar las pérdidas por Histéresis magnética y tienen tiene n la capacidad de imantarse imant arse y desimanarse rápida y fácilmente. Conseguir estas chapas nuevas es costoso, pues sus fabricantes venden al por mayor. Las chapas y las formaletas tienen una relación directa, existe cada chapa, para cada formaleta. La elección de la chapa se hace en función de la sección neta ( Sn) resultante y con ayuda de la tabla Correspondiente.
Papel parafinado Cuando construimos un transformador, la energía se transmite del devanado primario al secundario, a pesar de que estos no se tocan. El papel parafinado de calibre grueso, se usa para aislar 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 los transformadores de gran tamaño).
Tabla de núcleo de formaletas NÚCLEO
POTENCIA MÁXIMA
VUELTAS POR VOLTIO
ÁREA Cm ²
1.6 x 1.9 2.2 x 2.8 2.5 x 1.8 2.5 x 2.8 2.8 x 1.5 2.8 x 2.5 2.8 x 3.5 2.8 x 5 3.2 x 3.5 3.2 x 4 3.2 x 5 3.8 x 4 3.8 x 5 3.8 x 6 3.8 x 7 3.8 x 8 3.8 x 9 3.8 x 10 3.8 x 11 3.8 x 12 4.4 x 9 4.4 x 10 4.4 x 11 4.4 x 12
9W 37W 20W 49W 17W 49W 96W 196W 125W 163W 256W 231W 361W 519W 707W 924W 1170W 1444W 1747W 2079W 1568W 1940W 2342W 2787W
14 7 9.3 6 10 6 4.3 3 3.75 3.3 2.625 2.76 2.21 1.85 1.58 1.38 1.22 1.1 1.004 0.921 1.06 0.95 0.867 0.795
3.04 6.16 4.5 7 4.2 7 9.8 14 11.2 12.8 16 15.2 19 22.8 26.6 30.4 34.2 38 41.8 45.6 39.6 44 48.4 52.8
CALCULOS Potencia del Transformador: La potencia del transformador depende de la carga conectada a la misma. Esta potencia está dada por el producto de la tensión secundaria y la corriente secundaria Es decir:
Potencia útil = tensión secundaria x corriente secundaria
Determinación de la sección del núcleo: La sección del núcleo del transformador está determinada por la potencia útil conectada a la carga. Esta sección se calcula mediante la siguiente fórmula: S = k x √P Donde: S: es la sección del núcleo en cm². P: es la potencia útil en Watts. K: 0.8 si el núcleo es fino y 1.2 si el núcleo es de inferior calidad. Tomamos normalmente 1 La sección del núcleo está dada por el producto de los lados A x B . Es mejor que el núcleo del transformador tenga una sección transversal cuadrada.
Determinación del Número de Espiras para cada bobinado: Para la determinación del número de espiras se utiliza la siguiente expresión: N = V / (f x S x B x 4,4 x 10 –8) Para el bobinado primario tenemos: N1 = V1 / (f x S x B x 4,4 x 10 –8) Y para el bobinado secundario tenemos: N2 = V2 / (f x S x B x 4,4 x 10 –8) Donde: N1 : es el número de espiras del bobinado primario. Donde: N2 : es el número de espiras del bobinado secundario. f : es la frecuencia de la red domiciliaria en Hertz (Hz). V1 : es la tensión en el bobinado primario en Voltios (V). V2 : es la tensión en el bobinado secundario en Voltios (V). B : es la inducción magnética en el núcleo elegido en Gauss. Este valor puede variar entre 4.000 y 12.000 Gauss, se recomienda utilizar el valor de 10000. S: es la sección del núcleo en cm². 10 –8 : Es una constante para que todas las variables estén en el Sistema M.K.S. Otra manera para determinar el número de espiras es dividiendo la constante 42 para el área de la sección, este valor son las vueltas por voltio que se debe dar. n.esp = 42/area Con este resultado multiplicamos por el voltaje de cada uno de los bobinados:
N1=n.e*V1 N2=n.e*V2
Determinación de la sección transversal del conductor para cada bobinado Conociendo la potencia del transformador, podemos calcular la corriente máxima presente en ambos devanados para esa potencia, partiendo de la formula I = P / V. Consideramos un transformador ideal (no posee pérdidas) por lo que la potencia en el primario es idéntica en el secundario. Así: I1=P/V1 I2=P/V2 Si utilizamos una tabla de equivalencias en AWG, sabremos el calibre del alambre a utilizar para los respectivos bobinados (o embobinados).
AWG
Diam. mm
Amperaje
AWG
Diam. mm
Amperaje
1
7.35
120
16
1.29
3,7
2
6.54
96
17
1.15
3,2
3
5.86
78
18
1.024
2,5
4
5.19
60
19
0.912
2,0
5
4.62
48
20
0.812
1,6
6
4.11
38
21
0.723
1,2
7
3.67
30
22
0.644
0,92
8
3.26
24
23
0.573
0,73
9
2.91
19
24
0.511
0,58
10
2.59
15
25
0.455
0,46
11
2.30
12
26
0.405
0,37
12
2.05
9,5
27
0.361
0,29
13
1.83
7,5
28
0.321
0,23
14
1.63
6,0
29
0.286
0,18
15
1.45
4,8
30
0.255
0,15
