Transformador Ideal

Tecnológico De Estudios Superiores De Chalco.

División De Ingeniería Electromecánica.

Transformador Ideal Residencial.

Materia: Taller De Investigación II.Prof.: Jenaro Mario atlético Gonzales.

Elaborado por:Ing. Mendoza López Mario Alberto

Ing. Negrete Cortez CarlosIng. García Claudio Axel

Ing. Gómez Alonso Monserrat

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Resumen

Transformador ideal

Como se sabe un transformador está compuesto por diferentes elementos los cuales hacen posible la transformación de voltaje, el cual su costo es muy elevado, por lo tanto la finalidad de este proyecto es encontrar y modificar el material de los transformadores, innovando en diseño y conexión en las bobinas para lograr una reducción de tamaño, peso, costo y por consiguiente la utilización de menos cobre, dicho material equivale al 70% del costo total del transformador.

Una vez creado el primer transformador poder distribuirlos y lograr que cada familia tenga su propia subestación, dándonos la posibilidad de una explotación fructífera en torno a la investigación y en la realización del proyecto en forma física.

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Índice Resumen............................................................................................................................................2

Introducción.......................................................................................................................................4

Planteamiento del problema..............................................................................................................6

Objetivo............................................................................................................................................12

Desarrollo.........................................................................................................................................13

Tabla AWG...............................................................................................................................20

Algunos ejemplos de cálculos para realización de transformadores..................................23

Ejemplo N° 1:..........................................................................................................................24

Ejemplo N° 2:..........................................................................................................................25

Ejemplo N° 3:..........................................................................................................................26

Conclusión........................................................................................................................................28

Referencias.......................................................................................................................................29

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Introducción.

El tema a exponer y realizar es transformador ideal residencial como podemos mencionar el transformador es una maquina eléctrica estática que transforma energía eléctrica en energía magnética y así mismo la vuelve a convertir en energía eléctrica pero con la diferencia de ciertas características como son tensión e intensidad ya sea reduciéndola o amplificándola.

por lo cual unos de los principales puntos atrar son con relación de la calidad de la energía conservando una mejor eficiencia de energía aun menor costo a corto y largo plazo.

Un transformador está compuesto por bobinas de cobre ( primarias y secundarias), las cuales crean el campo magnético haciendo posible la transformación de voltaje, esta investigación nos ayudo a darnos la tarea de realizar este proyecto, así encontrar y modificar el material con propiedades similares a las del cobre, innovando en diseño y conexión en las bobinas para lograr una reducción de tamaño, peso, y por consecuente la utilización de menos cobre, material que equivale al 70% del costo total del transformador. Una vez creado el primer transformador poder distribuirlos y llevar acabo uno de los objetivos generales que es el de lograr que cada familia tenga su propia subestación, dándonos la posibilidad de una explotación fructífera en torno a la investigación y en la realización del proyecto en forma física.

• Brindar una visión de las mejores prácticas, la innovación y el desarrollo alcanzado, en torno a la gestión integral de transformadores, relacionados con los procesos de diseño,

• fabricación, operación y mantenimiento, que permitan garantizar su operación y optimizar su vida útil, con el adecuado manejo de los riesgos y coberturas, y minimizando el impacto sobre el medio ambiente.

El análisis y discusión con expertos, permitirá a los participantes enriquecer y potenciar sus procesos de mejora continua respecto ala calidad y la garantía en la continuidad del suministro de la energía suministrada.

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• Se esperan grandes cambios en la distribución, en especial relacionados con la producción distribuida, el uso racional y eficiente de la energía y el manejo de la demanda para que cada hogar pueda adquirir su propio transformador casero.

• La distribución será el centro de la evolución del sistema Eléctrico mejorando la calidad de la energía empezando desde cada hogar.

• Estos cambios contienen grandes oportunidades

• Contribuir a facilitar su inserción, mejorará el negocio y también ayudará a que tengamos un futuro energéticamente sustentable.

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Planteamiento del problema.En nuestro país como otros mas países una de las principales fuentes de energía, es la energía eléctrica por lo cual hay una gran demanda de ella, por lo cual también implican muchos factores y uno de esos factores son el como obtenerla utilizarla distribuirla y explotarla por lo cual nos regimos por una gran cantidad de normas en nuestro caso (en nuestro país México ).desde que fue luz y fuerza hay una infinidad para el correcto uso de ella , hoy siendo actualmente la cfe( comisión federal de electricidad)

• uno de lo principales puntos son tanto económicos como sustentables.

• Reducir calentamientos como contaminaciones.

• El mas importante de nuestros puntos es la distribución de la energía eléctrica para protección de los equipos eléctricos así como reducir notable meten los costos para el usuario y adquision este al alcance de todos ofreciendo y una eficiencia y funcionalidad así como la demande nuestros clientes de la misma.

1. ¿en que consiste un trasformador eléctrico?

El trasformador eléctrico básico consiste de dos o más bobinas eléctricas aisladas y enrolladas sobre un núcleo común

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7. ¿De qué material es el núcleo?

Los núcleos de los transformadores son construídos con fierro silicoso en láminas con 1,5% a 3% de silicio con espesores de 0,5% mm a 0,3 mm.

8. ¿Cuántos tipos de núcleos existen?

Existen una variedad de tipos de núcleos, pero los más usados son:- Núcleos standard: Estos están constituídos por chapas E I- Núcleos rectangulares: Los cuales están constituídos por chapas tipo I- Núcleos trifásicos: los cuales están constituídos con E I, pero que las tres piernas son iguales- Núcleos toroidales: los cuales on compactos y su forma es circular

9. ¿De qué material son los devanados?

Los devanados son alambres de cobre esmaltado y éstos pueden ser: redondos, rectangulares o cuadrados. De la sección de ésta depende la circulación de corriente.Cuando mayor es el amperaje, mayor es la sección de sus conductores.

10. ¿Quién recibe la energía?

La bobina que recibe la energía de la red de corriente alterna se llama devanado primario y la que proporciona energía a una carga se llama devanado secundario.

11. ¿Cómo se transfiere la energía eléctrica?

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La energía eléctrica se transfiere de una bobina a la otra por medio del acoplamiento magnético.

12. ¿Cómo se especifica un transformador?

La capacidad de los transformadores se especifica en volt amperes (VA) potencia donde es necesario suministrar los siguientes datos al fabricante Voltaje primario - Voltaje secundario - Corriente máxima en secundario Potencia total.

13. ¿De qué tamaño son los transformadores?

El tamaño de los transformadores depende de la potencia. Esta se refleja en la sección de sus núcleos.Si la potencia es pequeña éste va a estar constituido por un núcleo pequeño, por lo tanto su peso también.

14. ¿Cuántas funciones hace un transformador?

Un transformador de voltaje puede realizar tres funciones:- Elevación de voltaje- Reducción de voltaje- Aislación de voltajeElevación de voltaje: Es cuando el voltaje en el secundario es mayor que el primario.Reducción de voltaje: Es cuando el voltaje del secundario es menor que el primario.Aislación de voltaje: Es cuando el voltaje es igual en los dos devanados.

15. ¿Dónde se usan los Autotransformadores y transformadores eléctricos?

Los Autotransformadores y transformadores se usan en todos los equipos eléctricos y electrónicos como por ejemplo: televisores, radio cassettes, iluminación dicroica (lámparas halógenas), compact disc, video grabadores, fax, equipos de comunicación, instrumentación médica, balanzas eléctricas, calculadoras, computadoras, impresoras y todo el equipo electrónico que trabaje con baja o alta tensión.

16. ¿Cual es el deterioro de los transformadores?

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El deterioro de los transformadores se genera principalmente en los devanados, ya sea primario y secundario.

17. ¿Por qué se queman?

Los transformadores se queman por diferentes razones:- Una de ellas es principalmente la excesiva extracción de potencia.- Unión indebida de sus conexiones en secundario.- Falla en un circuito eléctrico asociado al transformador.- Mal uso o despreocupación por parte del usuario.

18. ¿Existe alguna protección para los transformadores?

Sí, existen varias protecciones, una de las más usuales es la protección de corriente en primario a través de un fusible de corriente. Otra protección es la de temperatura a través de un limitador térmico. Otra protección es la de los M.O.V., varistor de óxido metálico, ésto protege el voltaje.

19. ¿Sabe usted cual es la importancia de la conexión a tierra eléctrica?

La conexión a tierra eléctrica es la protección de nuestro cuerpo ante eventuales descargas eléctricas.El cuerpo humano trabaja con un sistema eléctrico comandado por el cerebro. Cualquier conexión del cuerpo a un sistema eléctrico puede alterar el normal funcionamiento psíquico y físico de éste. Cada cuerpo humano posee condiciones de resistencia eléctrica distintos, éstos pueden venir dependiendo de las características personales de cada uno, por ejemplo: temperatura, humedad, salinidad, pigmentación de la piel.


Sí, existen varias protecciones, una de las más usuales es la protección de corriente en primario a

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través de un fusible de corriente. Otra protección es la de temperatura a través de un limitador térmico. Otra protección es la de los M.O.V., varistor de óxido metálico, ésto protege el voltaje.









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Objetivo.

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El objetivo principal del trabajo será el diseño y la fabricación de un transformador monofásico que cumpla con las especificaciones que se proporcionan en los datos de partida para cada grupo.

Además, el transformador diseñado deberá tener el máximo rendimiento, pero con el menor peso y el menor coste posible de todos los diseños que cumplan con las especificaciones asignadas.

Para tener en cuenta el peso y el costo, se proporcionarán las densidades de todos los elementos que forman parte del transformador, así como su precio aproximado.

Por otra parte, otro objetivo del trabajo es la realización de los ensayos característicos de un transformador y la contrastación de los resultados analíticos y numéricos con los empíricos. Así, se valorará que los resultados de los ensayos permitan obtener unos valores de caídas de tensión, rendimientos, tensiones de vacío, pérdidas en el núcleo y en el cobre, etc. muy similares los obtenidos en la etapa de diseño analítico del transformador.

• Disminuir costos a largo plazo en cada vivienda y por consecuencia mejorar la economía reduciendo el gasto del servicio de electricidad.

• Reducir las sobrecargas ocasionadas por la saturación de acometidas conectadas a un solo equipo, con esto se podrá elevar el tiempo de vida del transformador eliminado así fallas que afectan en el recibo del usuario y dañan aparatos electrónicos domésticos.

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Desarrollo.

Durante este trabajo se analizara principalmente el funcionamiento de un transformador así como tipos de materiales conexiones entre otros factores.

Que es un transformador ideal residencial (caserero)

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.

Usos y aplicaciones.

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 se usan transformadores cada tanto, para convertir los altos voltajes, en 115 voltios o 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.

Este manual pretende de modo sencillo, enseñar a construir transformadores de manera casera. Pues el mercado en algunos países hace costosa o difícil su adquisición. Este tutorial incluye las tablas y fórmulas para la construcción de todo tipo de transformadores que correspondan a las necesidades suyas y de su mercado.

NOTA: El transformador que vamos a enseñar en este caso, es de 44V x 44V AC, ideal para amplificadores de 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 transformadores, hasta que aprenda bien a calcularlos.

Materiales empleados

Alambre magneto de doble capa

El alambre de cobre multiusos está recubierto con una base en resina poliéster Imida y sobrecapa poliamidemida conocida popularmente como Barniz Dieléctrico.

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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. Este alambre es usado en la fabricación de generadores, alternadores, bobinas, motores eléctricos, balastos, lámparas de mercurio, 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 silicio o hierro dulce, vienen con formas de letras (I) y (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 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 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

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Medidas en milímetros de las chapas para el núcleo del transformador

A B C D E Peso por Cm-g48 32 16 8 - 12060 40 20 10 - 19066 44 22 11 - 22575 50 25 12.5 6.0 30084 56 28 14 7.0 36596 64 32 16 8.0 480114 76 38 19 8.0 675132 88 44 22 8.0 900150 100 50 25 9.5 1170180 120 60 30 9.5 1680210 140 70 35 11.0 2300240 160 80 40 11.0 3000300 200 100 50 11.0 4700

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Papel parafinado

Cuando construimos un transformador, la energía se transmite del devanado primario al secundario, a pesar de que estos, no se tocan, pues si se llegaran a tocar, habría corto circuito.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).

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, Geómetra profesional, que desarrollara unas formaletas en cartón paja, con sus respectivos planos, que puede

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.

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NÚCLEO POTENCIA MÁXIMA VUELTAS POR VOLTIO ÁREA Cm ²1.6 x 1.9 9W 14 3.042.2 x 2.8 37W 7 6.162.5 x 1.8 20W 9.3 4.52.5 x 2.8 49W 6 72.8 x 1.5 17W 10 4.22.8 x 2.5 49W 6 72.8 x 3.5 96W 4.3 9.82.8 x 5 196W 3 143.2 x 3.5 125W 3.75 11.23.2 x 4 163W 3.3 12.83.2 x 5 256W 2.625 163.8 x 4 231W 2.76 15.23.8 x 5 361W 2.21 193.8 x 6 519W 1.85 22.83.8 x 7 707W 1.58 26.63.8 x 8 924W 1.38 30.43.8 x 9 1170W 1.22 34.23.8 x 10 1444W 1.1 383.8 x 11 1747W 1.004 41.83.8 x 12 2079W 0.921 45.64.4 x 9 1568W 1.06 39.64.4 x 10 1940W 0.95 444.4 x 11 2342W 0.867 48.44.4 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 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, hallará 7 planos que corresponden a los transformadores más usados en nuestros proyectos de audio, si usted necesita una formaleta diferente

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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

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.

TRANSFORMADOR

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. 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.

Funcionamiento

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El cambio de voltaje o corriente, entregado por el transformador es inverso. 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 o plástico, el campo magnético que existe entre los dos devanados, transmite la potencia del 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 relacion entre las vueltas de los devanados y los voltajes de entrada y salida.

Cuando el devanado primario es igual al devanado secundario, el voltaje y la corriente de entrada, son iguales al voltaje y corriente de salida. Estos transformadores sólo sirven 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. En realidad existen muchas formas de evaluar y calcular un transformador, pero de todas ellas la que propondremos, conduce de forma fácil y con exactitud al modelo del transformador que necesitamos.

El punto de partida es determinar la potencia por cada canal del amplificador, si es estereofónico, por cada uno de los dos canales. Cada canal aportará la mitad de la potencia del amplificador.

Veremos un ejemplo tienendo un amplificador estereo de 100 vatios, esto significa que cada canal es de 50 vatios, o sea la potencia por canal es 50 vatios. Se van a utilizar parlantes de 8 ohmios, es decir la impedancia del parlante RL, es de 8 ohmios, determinados por el fabricante del circuito integrado de salida.

Es decir, la tensión real (RMS) del transformador para este amplificador, es igual al voltaje continuo que consume el amplificador, dividido entre raíz cuadrada de 2, (1.4141). Ahora bien, por prudencia es aconsejable incrementar el valor obtenido en unos dos o voltios.

Por ejemplo, su amplificador se alimenta con 34 voltios DC, entonces la tensión RMS del transformador se calculara así:

V RMS = 34/ √2

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Lo quel es igual a:

V RMS = 24 voltios

A estos 24 voltios es aconsejable sumarle unos 2 voltios, como ya se dijo, dando como resultado:

V RMS = 26 voltios

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 = 24 X 5 = 120 vatios

Tabla AWG

La razón de aumentar dos voltios, es proveer un margen de pérdida en los diodos y en la resistencia del transformador. Para que su transformador responda adecuadamente debe construirse con alambre de cobre del calibre apropiado para el amperaje que va a inducir.

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.

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Calibre Mils circulares Diámetro mm Amperaje

7 20,818 3.67 44.28 16,509 3.26 33.39 13,090 2.91 26.510 10,383 2.59 21.211 8,234 2.30 16.612 6,530 2.05 13.513 5,178 1.83 10.514 4,107 1.63 8.315 3,257 1.45 6.616 2,583 1.29 5.217 2,048 1.15 4.118 1.624 1.02 3.219 1.288 0.91 2.620 1,022 0.81 2.021 810.1 0.72 1.622 642.4 0.65 1.223 0.509 0.57 1.024 0.404 0.51 0.825 0.320 0.45 0.626 0.254 0.40 0.527 0.202 0.36 0.428 0.160 0.32 0.329 0.126 0.28 0.2930 0.100 0.25 0.22

En este caso el amplificador consume 5 amperios que obtuvimos de dividir la potencia en watts del amplificador o del transformador, 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 entre los voltios de salida del transformador.

Como hallar el calibre del alambre del devanado primario

Para hallar el calibre del alambre del devanado primario, primer hayamos el amperaje. Esto se consigue de dividir los vatios del amplificador, entre el voltaje del toma corriente o del devanado primario.En este caso tenemos un suministro de 115 voltios en la red pública.

Amperios = Watts RMS/ Voltios de entrada

Lo quel es igual a:

Amperios = 120W / 115V = 1.04 Amp

120 watts dividido 115 voltios, igual a: 1.04 amperios. 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 del transformador.

Por ejemplo, como vimos anteriormente, obtuvimos 120 vatios de potencia, para el transformador, entonces la sección del núcleo es:

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 10.95 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, tendriamos 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.

Medida para definir el ancho del núcleo sumando chapas o láminas de hierro

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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, 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.

Para calcular el número de espiras o vueltas de alambre de cobre, en nuestro ejemplo, se divide 42 entre los 10.95 centímetros, que son el área del núcleo.

# de espiras = 42 / 10.95 Cm2

42 dividido 10.95 = 3.8 espiras o vueltas de alambre por voltio.

Esto quiere decir, que para el devanado primario son 115 voltios del toma corriente, por 3.8 igual a: 437 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 3.8 = 836 vueltas en el devanado primario.

Para hallar el número de espiras del devanado secundario, se toman los 24 voltios del transformador. Cifra que se multiplica por 3.8 obteniendo 91 espiras o vueltas de alambre.

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

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En otras ocasiones se hace difícil conseguir transformadores de amperajes altos y no podemos conseguir los materiales para hacerlo.Como solución a 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 ²1.6 x 1.9 9W 14 3.042.2 x 2.8 37W 7 6.162.5 x 1.8 20W 9.3 4.52.5 x 2.8 49W 6 72.8 x 1.5 17W 10 4.22.8 x 2.5 49W 6 72.8 x 3.5 96W 4.3 9.82.8 x 5 196W 3 143.2 x 3.5 125W 3.75 11.2

Trasformadores 23

3.2 x 4 163W 3.3 12.83.2 x 5 256W 2.625 163.8 x 4 231W 2.76 15.23.8 x 5 361W 2.21 193.8 x 6 519W 1.85 22.83.8 x 7 707W 1.58 26.63.8 x 8 924W 1.38 30.43.8 x 9 1170W 1.22 34.23.8 x 10 1444W 1.1 383.8 x 11 1747W 1.004 41.83.8 x 12 2079W 0.921 45.64.4 x 9 1568W 1.06 39.64.4 x 10 1940W 0.95 444.4 x 11 2342W 0.867 48.44.4 x 12 2787W 0.795 52.8

Medida del núcleo:

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 VSalida 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 ²3.2 x 5 256 W 2.625 16

Trasformadores 24

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 Amperaje17 2.048 1.15 4.123 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): 120VSalida 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 ²2.8 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

Trasformadores 25

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.


Calibre Mils Circulares Diámetro mm Amperaje21 810.1 0.72 1.618 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 ²2.8 x 3.5 96W 4.3 9.8

Trasformadores 26

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.


Calibre Mils Circulares Diámetro mm Amperaje27 0.202 0.36 0.418 1.624 1.02 3.221 810.1 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 la 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.

Conclusión.Por consiguiente un transformador ideal es una opción para todos aquellos usuarios donde tienes caídas de tensión constantes y no tan solo eso si no otras factores que afecten las condiciones de trabajo y operatividad de equipos electrónicos eléctricos etc. Por lo consiguiente este diseño estará alcáncese para todos aquellos que lo requieran, ya antes mencionado un transformador ideal residencial principalmente es recomendado para aquellos usuarios que tenga micro empresas (talleres) donde a veces el consumo de la energía eléctrica es demasiado y hay a consecuencia perdidas, como en gastos de energía eléctrica ( cfc) altos y no tan solo eso si no multas excesivas.

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Por lo cual puedo concluir que este proyecto es adaptable en usos residenciales, micro empresas, talleres entre otras utilizaciones que no excedan los 10kva de potencia.

Referencias.

Trasformadores 28

Congreso de distribucion electrica mexico, 2010.

Conexión de transformadores trifásicos en paralelo, instituto tecnológico de ciudad maderoing. ramón rivero. 2009.

Transformadores especiales, sistemas de tracción, departamento conversión y transporte de energía, universidad simón bolívar, alexander bueno, 2009.

Máquinas eléctricas, a. e. fitzgerald, charles kingsley, jr. stephen d, umans 2009

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