Ingeniería Mecánica y Eléctrica LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
:
DISEÑO DE TRANSFORMADORES (5-500VA)
- John Llactahuanm Llactahuanman an - Farfan Crucinta ,THOMAS - Blas Galicia -
Santos Mejía Cesar Augusto
Villa El Salvador 15-08-15
2012200044
Transformador Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
Composición de un Transformador Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan: Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y Bobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado. - La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna. - Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro - Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. - Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a una resistencia) La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje.
Funcionamiento Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .
Para poder comprender el funcionamiento de un transformador se examinará el de construcción más elemental. Un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el que han sido arrollados dos circuitos eléctricos: Uno, constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de corriente alterna y recibe el nombre de primario. Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario. Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnético del transformador.
El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado secundario una fuerza electromotriz (E2). Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. Por lo tanto en ellas se va a inducir una fuerza contra electromotriz (E1), que se opone al voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la intensidad de corriente I1
Cuando se le aplica carga (R) al bobinado secundario, circula por él la intensidad de corriente I2, la cual produce el flujo magnético Ф2, opuesto al Ф1, por lo tanto reduce el flujo resultante en el núcleo dando como resultado que la fuerza contra electromotriz disminuya y la intensidad de corriente I1 aumente. Se observa como un aumento de la corriente en el secundario (I2) provoca un aumento de la corriente en el primario (I1), sin que exista conexión eléctrica entre ambos bobinados.
Dado que la fuerza contra electromotriz es directamente proporcional al flujo inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento en la corriente I1. Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
Relación de transformación Existe una relación directa entre el voltaje del bobinado primario y secundario de un transformador, este depende siempre del número de vueltas de alambre que tengan las dos o más bobinas del transformador.
En donde Rt es la relación de transformación, es igual al número de vueltas del secundario sobre el número de vueltas del primario. Un ejemplo: si un transformador posee un bobinado primario de 440 y un secundario de 880 vueltas la relación de transformación será:
En el caso que el primario fuese de 110 V, al multiplicar queda:
El voltaje del secundario es 220V, este sería un transformador elevador, ya que el voltaje secundario es mayor que el primario.
Leyes básicas de transformación Los voltajes de las bobinas son directamente proporcionales al número de vueltas de la bobina:
Los voltajes son inversamente proporcionales a las intensidades de las corrientes eléctricas:
Las intensidades de las corrientes son inversamente proporcionales al número de vueltas de alambre:
Pérdidas en los transformadores reales
Las diferentes pérdidas que tiene un transformador real son:
Pérdidas en el cobre: Debidas a la resistencia propia del cobre al paso de la corriente
Pérdidas por corrientes parásitas: Son producidas por la resistencia que presenta el núcleo ferro magnético al ser atravesado por el flujo magnético.
Pérdidas por histéresis: Son provocadas por la diferencia en el recorrido de las líneas de campo magnético cuando circulan en diferente sentido cada medio ciclo.
Pérdidas a causa de los flujos de dispersión en el primario y en el secundario: Estos flujos provocan una auto inductancia en las bobinas primarias y secundarias.
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
DISEÑO DE TRANSFORMADORE
6a
16 a
2, 667cm
h 19,5 b 6cm Fa 0,9 f
60hz
B 12000 gauz E 1
220
E 2
60
A 2ab.Fa A 2 x 2, 667 x 6 x 0, 9 A 28,8cm P A2 I1
I 2
P E P
829, 64 820watt 820 watt
3,72 A
13,66 A
220V
E
N 1
2
820 watt 60V
Ex108
4, 44. f .BA 8
N1
220 x10
239espiras
65espiras
4, 44 x 60 x12000 x 28,8 8
N 2
60 x10
4, 44 x 60 x12000 x 28,8
I S
cobr e
2,5
A mm 2
S1
S2
I1
I 2
3.72 A A 2.5 mm 2 13, 66 A A 2.5 mm 2
1, 488mm 2
5, 464 mm 2
POR....TABLA en.....(1) S1
1, 651mm 2
Dno
1.45
Alambre.calibre. AWG P 1tabla
14, 7
15
g m
en.....(2) S2
D2 no
6, 632 mm 2
2, 906
Alambre.calibre. AWG P 2 tabla
58, 95
g m
9
Lm Pc .vu Pc .v1
Pc .v 2 P c .v 2
16, 2cm; Lm
18cm
Lm.N .P tabla 0,18mx 239 x14, 7
0,18mx65 x58, 95 689, 715
g m
g m g m
Relación de materiales que debe ser utilizado en la construcción de un transformador de potencia. Alambre de cobre: El alambre de cobre deberá ser continuo, es decir, no deberá tener añadiduras ni empates, es de suma importancia que el alambre sea revestido de material aislante como lo suele ser normalmente para proporcionar el máximo rendimiento de dicho elemento.
Laminas ferromagnéticas: (Placas) que se usan en el transformador lineal 50 o 60 Hz se producen en diferentes tipos y es predominante para su uso en dispositivos electrónicos, el formato de la IE (Figura 1) en 97% y 1,5% en formato toroidal, y 1, 5% de otros tipos.
carretes termoplásticos: Los carretes termoplásticos son estampados en Nylon 6 con carga de fibra de vidrio al 30%, éstos pueden soportar un servicio continuo de temperatura hasta 155 ºC
Costo que implica construir los transformadores
- Alambre magneto de doble capa
- Chapas de hierro silicio - Papel parafinado -Formaletas - barniz dieléctrico -cables -mano de obra -otros
S/. 4500
CONCLUSIONES · Con los transformadores se han podido resolver una gran cantidad de problemas eléctricos, en los cuales si no fuera por estos, sería imposible resolver. · Gracias a los transformadores la distribución de energía eléctrica se a podido usar y distribuir a las diferentes ciudades del mundo, desde las plantas generadoras de electricidad, independientemente de la generadora. · Se distinguieron las partes principales de un transformador, como el núcleo magnético y los devanados. · Se conoció una diferencia fundamental en la construcción de transformadores, la cual depende de la forma del núcleo, el sistema de enfriamiento, o bien en términos de su potencia y voltaje para aplicaciones, como por ejemplo clasificar en transformadores de potencia tipo distribución. · Se conoció que la razón de transformación del voltaje entre el bobinado primario y el segundario depende del número de vueltas que tenga cada uno.
Bibliografía
http://www.frino.com.ar/transformador.htm http://www.unicrom.com/Tut_transformador.asp http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador http://html.rincondelvago.com/transformador-ideal.html
