UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOF . I . S . E . IFACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS, ELECTRONICA E INDUSTRIAL

FACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIAL PERODO ACADMICO: OCTUBRE/2014 MARZO/2015

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

Facultad de Ingeniera en Sistemas, Electrnica e Industrial

Ttulo:

Transformador de 110V a 10 V con corriente de 1 amperio

Carrera:

Ingeniera Industrial en procesos de Automatizacin

Ciclo Acadmico y Paralelo:

4 A

Alumnos participantes:

Cartagena Snchez Patricio DavidEspn Barahona Hugo IsraelLpez Espinoza Shirley Karina

Mdulo y Docente:

Mquinas Elctricas Ing. lvarez Santiago

1.1 Objetivos

Plantear las frmulas necesarias para el diseo de un transformador. Conocer todos los pasos para una correcta construccin de un transformador de 110 voltios a 10 voltios con una corriente equivalente a un 1 amperio.

1.2 Resumen

En el presente trabajo se da conocer de forma terica la utilidad del transformador, todos los clculos matemticos que se deben realizar antes de la construccin del transformador, con ello se conocer el nmero de vueltas que debe tener cada bobinado y el calibre que debe tener el alambre para la elaboracin de los devanados, dependiendo directamente del voltaje de entra y de salida que se requiera del transformador, as tambin del valor de la corriente de salida.

Seguida se indica los materiales y procedimientos a utilizarse en la elaboracin del transformador de 110V a 10 V con corriente de 1 amperio, de tal manera que facilite su construccin.

1.3 Introduccin

Los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje son unas herramientas de gran importancia para la humanidad, ya que son estas las que regulan las diferencias de potencial y las diferencias de corrientes que existen en las diferentes lneas de energa. Adems es una de las mquinas elctricas de mayor utilidad que jams se hayan inventado, nos permite aumentar o disminuir la tensin elctrica en un sistema de corriente alterna, puede aslan un circuito entre s. Tambin nos permite el transporte y distribucin de la energa elctrica desde las plantas de generacin hasta las industrias y casas habitacin, de una manera segura.

No se debe olvidar que es una mquina esttica de bajas prdidas y tiene un uso muy extendido en los sistemas elctricos de transmisin y distribucin de energa elctrica.

Los transformadores son utilizados en una gran variedad lugares, van desde la industria ms moderna y grande, hasta la casa o el cargador de un celular utilizado a diario en casa.

1.4 Materiales y MetodologaMaterialesComputadora, internet, materiales para la construccin del transformador

Marco Terico

TRANSFORMADORESEl transformador es un dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un cierto nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin, basndose en el fenmeno de la induccin electromagntica. Est constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un ncleo cerrado de material ferromagntico, pero aisladas entre s elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la constituye el flujo magntico comn que se establece en el ncleo. El ncleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas de acero elctrico, aleacin apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente.

DISEO DE TRANSFORMADORESEningeniera electrnica, se entiende pordiseo de transformadoresal clculo, proyeccin y confeccin de lostransformadores, estsmquinas elctricas, indispensables para el uso de la electricidad residencial como tambin para lassubestaciones, son capaces de elevar o disminuir los niveles detensine intensidadde lacorriente elctrica, para que haga funcionar un determinado elemento o factor.

RELACIN DE TRANSFORMACIN:Existe una relacin directa entre el voltaje delbobinadoprimario y secundario de untransformador, este depende siempre del nmero de vueltas de alambre que tengan las dos o ms bobinas del transformador.

En donde Rt es la relacin de transformacin, es igual al nmero de vueltas del secundario sobre el nmero de vueltas del primario.Un ejemplo: si un transformador posee un bobinado primario de 440 y un secundario de 880 vueltas la relacin de transformacin ser:

En el caso que el primario fuese de 110V, al multiplicar queda:

El voltaje del secundario es 220V, este sera un transformador elevador, ya que el voltaje secundario es mayor que el primario.

LEYES BSICAS DE TRANSFORMACIN:

Los voltajes de las bobinas son directamente proporcionales al nmero de vueltas de la bobina:

Los voltajes son inversamente proporcionales a las intensidades de las corrientes elctricas:

Las intensidades de las corrientes son inversamente proporcionales al nmero de vueltas de alambre:

CLCULO DE LA TENSIN POR MEDIO DEL REA DEL NCLEO:En el caso que se consiga un ncleo para construir untransformador(ya sea de uno en desuso, quemado o chapas recicladas), es posible calcular las vueltas de las bobinas del transformador, mediante el producto del ancho de las chapas del transformador por el largo del ncleo.Para el caso de tener un ncleo de 3,5cmde largo por 3,3 cm de ancho, primero se deben multiplicar ambas medidas:

Dividimos la constante 42 por el valor obtenido de la siguiente forma:

Entonces, cada 3,6 vueltas de alambre de cobre en la bobina se obtendr un voltio. Si el transformador es de 220Ven el primario, se deber multiplicar: 3,6220 = 792, este ltimo resultado son las espiras de alambre del bobinado primario. Esto es indiferente para el secundario.

CLCULO DE LA POTENCIA MEDIANTE EL REA DEL NCLEO:El alambre de cobre es indispensable para la construccin de un transformador.Para informarnos cuantoscm2posee el ncleo de un determinadotransformador, debemos hacer la siguiente ecuacin:

En donde An es el rea del ncleo y Pbs lapotenciadelbobinadosecundario, resultando que: el rea del ncleo es igual a laraz cuadradade la potencia del transformador (o del bobinado secundario). Ejemplo, si tenemos un transformador cuyo bobina secundaria es de 25Vy 5A, su potencia ser 125W, ya que el producto de la intensidad y el voltaje da como resultado la potencia.

El resultado es el rea que tendr que tener el transformador, se recomienda siempre emplear un ncleo un poco ms grande de lo obtenido en los clculos.En el caso que tengamos un ncleo de transformador y que tengamos que averiguar su potencia, debemos invertir el proceso; multiplicar los lados del ncleo y elevarlo al cuadrado, as obtendremos en W la mxima potencia:

CLCULO DE LA INTENSIDAD MEDIANTE LA POTENCIA:Teniendo 125Wde potencia, podemos saber fcilmente mediante laley de Ohm, se deben realizar dos frmulas para averiguar ambas intensidades, reemplazando en la frmula las dos tensiones:

Despejamos para el primario:

Para el secundario:

Una vez que hayamos averiguado el amperaje de cada bobinado, lo que debemos hacer es buscar aquellas cifras obtenidas en la tabla que muestra la tolerancia de intensidad que posee cada calibre de alambreAWG. Para el bobinado primario basta con usar alambre calibre 25 (0,45mm), para el secundario un calibre 16 (5,2 mm).

PRUEBAS DE TRANSFORMADORES:Cuando las bobinas estn construidas, se procede a medir el transformador con unmultmetro, cuyo selector deber estar posicionado en el hmetro. Se deben medir el bobinado primario y secundario -cada uno por separado- deben tener total continuidad. Paso siguiente, se verifica midiendo si existe alguna perdida entre el bobinado primario y secundario, tambin se puede corroborar si hay perdidas en el ncleo, poniendo uno de los bornes del multmetro en el ncleo de hierro, y el otro en cualquier terminal del bobinado para comprobar que no haya fugas.Existe una forma clsica y sencilla para probar transformadores. Se procede a construir uncircuito en serieentre el bobinado primario de 220V/110V y unalmpara incandescente, el conjunto se conecta a la red pblica, si el transformador no tiene perdidas y se encuentra en ptimas condiciones (a menos que el bobinado este cortado), el bombillo no deber prenderse. Para corroborar el buen estado del bobinado secundario, uniendo sus terminales el bombillo se debera encender.

CONSTRUCCIN DE UN TRANSFORMADORClculos para fabricar un transformadorAl momento de fabricar un transformador debemos tener en cuenta lo siguiente:*El rea del ncleo de nuestro transformador*El calibre de alambre a usar*Nmero de vueltas por voltio a realizar en cada devanadoPRCTICA:MATERIALES: Alambre de cobre multiuso calibre 30 Alambre de cobre multiuso calibre 23 Alambre magneto Chapas o lminas de hierro silicio o hierro dulce Formaletas Cinta masquin Carcasa Cautn Estao PROCEDIMIENTO DE CLCULO:1. Determinar el nmero de espiras para cada bobinado.Al tener el rea del ncleo, se puede calcular el nmero de vueltas de las bobinas, dividiendo una constante, para el rea del ncleo y multiplicando por el voltaje que entrar por el devanado primario.

Para conocer el nmero de vueltas que producen un voltio(X) se divide unas constante de 42 dividido para el rea S.

Es decir por cada 9,21 vueltas se produce un voltioPara el clculo del nmero de vueltas en cada devanado se multiplica el nmero de vueltas que produce un voltio por el voltaje que tiene cada devanado. Teniendo en el devanado primario (Np) una entrada de 110 voltios y a su salido se quiere que este tenga 10 V es decir en el devanado secundario (Ns).

2. Determinacin del calibre del alambre

Al tener el rea del ncleo, se puede hallar el valor de su potencia mxima, elevando al cuadrado el rea.

La potencia mxima aproximada sera 20,79 wattsCon estos datos se puede calcular la corriente del devanado primario y secundario, con ellos se compara con los datos de la siguiente tabla

Devanado primario._

Se necesita un calibre 30.

Devanado secundario._Al conocer que segn las exigencias de la prctica se necesita que l transformador cambie de 110 voltios a 10 voltios con un amperaje final de 1 amperio, se conoce que el devanado secundario utilizar un alambre de calibre 23 segn la tabla anterior.

PrimarioSecundario

Calibre3023

Nmero de vueltas1014 vueltas93 vueltas

EXPLICACIN DE CADA MATERIAL UTILIZADOEl alambre de cobre multiusos._est recubierto con una base en resina polister conocida popularmente comoBarniz Dielctrico..Caractersticas bsicas: 200 grados centgrados de resistencia trmica, resistencia a las sobrecargas, maleabilidad ideal para embobinar, resistencia a la abrasin, rigidez dielctrica en presencia de humedad, resiste el choque trmico, el flujo termoplstico y los solventes.Este alambre es usado en la fabricacin de generadores, alternadores, bobinas, motores elctricos, balastos, lmparas de mercurio, transformadores de potencia, etc.CALIBRE 23CALIBRE 30

Las chapas o lminas de hierro silicio o hierro dulce._Vienen con formas de letras (I) y (E) que intercaladas, forman el ncleo del transformador. Estas vienen en grano orientado (de ms gauss) o grano no orientado (chapa comn). Este material es ideal para evitar las prdidas por Histresismagntica y tienen la capacidad de imantarse y desimanarse rpida y fcilmente.

TIPO ITIPO E

Las chapas y las formaletas tienen una relacin directa, existe cada chapa, para cada formaleta. A continuacin presentamos una tabla con las especificaciones de las chapas ms comunes del mercado.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 estn 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 razn es importante, al momento decalcular el rea del ncleodel transformador, buscar o construir una formaleta que nos aproxime a esta rea y coincida con las chapas que tengamos a la mano. Las Formaletas se consiguen en plstico, cartn y fibra de vidrio (para los transformadores de gran tamao).Cinta maquin Cumple el funcionamiento de papel parafinado es decir separar el devanado primario y secundario evitando se exista cortocircuito, adems de mantener en su lugar los dos bobinados para que se encuentren sujetos a la formaleta.

PROCEDIMIENTO DE ELABORACIN DEL TRANSFORMADOR1) Unir el alambre magneto y el cable que posteriormente ser enrollado en las formaletas, se debe realizar con el cautn y el estao de manera que quede muy fuerte unidos, para al final no tener problemas con los enrollamientos.

2) Una vez realizado los clculos para conocer cuntas vueltas contiene cada bobina, se procede a enrollar el cable en la formaleta.Ahora; antes de comenzar a enrollar el alambre, se debe asegurar, teniendo en cuenta de dejar dentro de la formaleta, al menos un centmetro del cable que va al exterior del transformador, para que al enrollar el cable, ste, nos ayude a asegurarlo.

3) Se procede a aislar el devanado primario del secundario mediante la cinta masquin.

4) Una vez acaba el enrollamiento de los dos devanados, se procede a insertar las chaspas tipo E en la formaleta, intercalndolas una por un lado y la otra por el otro, hasta que cubran toda la formaleta, quedando fijamente.

5) Las formaletas tipo I son ubicados en la parte superior del transformador.

6) Ubicar los bobinados en el ncleo de las chapas.

7) Para finalizar se coloca la culata o carcasa de tal manera que todos los componentes queden fijados en una sola pieza.

8) Prueba del circuito y del circuito magntico, para verificar que se obtenga como salida 10 voltios con un amperaje de 1 amperio

1.5 Conclusiones

Para el diseo de un transformador es necesario conocer el nmero de vueltas de alambre en cada bobinado, as tambin el calibre de cada bobinado dependiendo del voltaje y rea de las chapas, para luego compararlas con una tabla predeterminada y de esta manera conocer el calibre necesario en los dos devanados.

Antes de realizar el diseo es necesario hacer clculos de la tensin y potencia por medio del rea conocida de las chapas, para a travs de ellas conocer el nmero de vueltas en cada devanado y el calibre de los alambres a utilizarse.

1.6 Referencias bibliogrficas

[1] Arqhys, [En lnea]. Available: http://www.arqhys.com/construccion/transformadores-tipos.html.[2] Eva, [En lnea]. Available: http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_de_transformadores.[3] [En lnea]. Available: http://construyasuvideorockola.com/transformador_casero_04.php.