DISEÑO DE TRANSFORMADORES

El diseño de transformadores es el cálculo, proyección y confección de máquinas, que son capaces de elevar o disminuir los niveles de tensión e intensidad de la corriente eléctrica, para así poder darle diferentes aplicaciones.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio.

Funcionan a base de la fuerza electromotriz alterna; aplicando energía en la bobina primaria las variaciones de intensidad y sentido de la corriente 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 de la bobina secundaria.

TRANSFORMADORES TIPO ACORAZADO, 60 Hz

Para construir este tipo de transformador es necesario tener dos datos importantes, que son el voltaje de salida y el amperaje que deseamos obtener.

Voltaje de salida o secundario (Vs)

Amperaje o intensidad (I)

DISEÑO DE TRANSFORMADORES

Calculo manual

1.- Potencia nominal

Se obtiene multiplicando el voltaje de salida por el amperaje. El resultado que se obtiene es en Vatios (W).

Potencia nominal (P)

2.- Sección del núcleo

Un transformador esta compuesto por laminas en forma de E y de I; tomándose en consideración la parte central.

Sección del núcleo (S)

La sección se obtiene multiplicando la frecuencia de la energía de entrada por la raíz cuadrada de la potencia nominal.

Una consideración que se debe tomar en cuenta es que la frecuencia de la energía que se consume en el país es de 60 Hz.

0.903 = Constante para la frecuencia de 60 Hz.

Una vez obtenido este dato, se puede calcular el número de lámina o de chapa que se necesitara, simplemente sacando la raíz cuadrada de la sección del núcleo.

Buscaremos en la siguiente lista el valor aproximado al número obtenido lo que nos dará el tamaño de las láminas que necesitaremos.

Pulgada (“)

Considerando que el núcleo debe ser lo más cercano posible a un cuadrado. Hasta ahora tenemos su altura que equivale al tamaño de la placa; debiendo obtener su base para lo cual usaremos la siguiente fórmula.

Base (b)

Altura (h)

3.- Número de espiras para cada bobina

Las vueltas en la bobina primaria se calculan según la siguiente fórmula simplificada.

37.53 = Constante.

Voltaje de entrada o primario (Vp)

Número de espiras en la bobina primaria (Nebp)

Las vueltas en la bobina secundaria se obtienen multiplicando en voltaje de salida por el número de espiras en la bobina primaria dividiéndolo con el voltaje primario, a este resultado se le suma un porcentaje para compensar la caída de voltaje en la bobina secundaria, que se da según el tamaño del transformador. Para obtener el valor adecuado consultaremos una tabla y tomando como base la potencia encontraremos el porcentaje indicado.

Porcentaje sumatoria de espiras (% espiras)

Número de espiras en la bobina secundaria (Nebs)

El voltaje de entrada es como ya debe estar sobreentendido el que se toma directamente de la red de energía local. En nuestro país equivale a 220 VCA, pudiendo tomarse cualquier otro valor, según las necesidades de cada uno.

4.- Intensidades máximas

Las intensidades vienen a ser valores máximos admisibles. Se obtienen dividiendo la potencia entre el voltaje, según corresponda a cada bobina.

Intensidad máxima en la bobina primaria (I.max.p.)

Intensidad máxima en la bobina secundaria (I.max.s.)

5.- Cálculo de la sección del alambre

Se utiliza directamente la intensidad o corriente eléctrica que es la cantidad de electrones en desplazamiento. Por lo tanto, el conductor es directamente proporcional a la intensidad. Entonces para obtener la sección del conductor de cada bobina dividiremos las intensidades máximas de cada una con la densidad de la corriente, dado que obtendremos de una tabla, según la potencia del transformador.

Densidad de la corriente (J)

Sección del alambre para la bobina primaria (Scu.p.)

Sección del alambre para la bobina secundaria (Scu.s.)

6.- Longitud del alambre

Es la medida total del alambre que necesitamos para cada bobina nos servirá para calcular el peso total del alambre que emplearemos, esto es importante debido a que el material lo comercializan por peso y no por longitud. En primer lugar, calcularemos el perímetro promedio.

Perímetro promedio (Pm)

Con este resultado calcularemos la longitud del alambre para cada bobina utilizando las fórmulas aquí expuestas.

Longitud del alambre para la bobina primaria (Lbp)

Longitud del alambre para la bobina secundaria (Lbs)

Finalmente, el resultado de las longitudes que se obtienen en centímetros deberá ser convertido a metros, simplemente dividiendo el producto entre 100.

Metros (m.)

Centímetros (cm.)

7.- Peso del alambre

Simplemente multiplicaremos la longitud del alambre de cada bobina por el valor en gramos por metro. Se calcula con la ayuda de la tabla de valores del cobre, primero se ubica el número de alambre en la tabla, luego en la columna “peso” ubicamos el valor correspondiente en gramos por metro.

NOTA: Enrollar el alambre en las dos bobinas siguiendo el mismo sentido; devanando en primer lugar la bobina primaria y sobre esta la bobina secundaria.