1ESCUELA POLITECNICA DEL EJRCITO

(Diseo y Construccin de Transformadores Michelle MalesKevin Gmez

Miguel AguirreResumenEn este artculo se presenta la metodologa de diseo elctrico y los criterios para la construccin de un transformador, se hacen pruebas preliminares hasta obtener el valor de la inductancia deseado, y por ltimo comprobar si los parmetros elctricos obtenidos experimentalmente en una prctica de laboratorio, cumplen con los requerimientos deseados

PALABRAS CLAVES: calibracin, diseo elctrico, inductancia, medidor de parmetros, pruebas experimentales. ABSTRACT

This article describes the electrical design methodology and criteria for the construction of a transformer is presented , preliminary tests are done to obtain the desired inductance value , and finally check whether the electrical parameters obtained experimentally in a lab, meet desired requirements

KEYWORDS: calibration , electrical design, inductance meter parameters, experimental tests .

1. INTRODUCCINUn transformador es un dispositivo elctrico esttico, que transfiere energa elctrica de un circuito a otro, mediante el principio de induccin electromagntica, sin cambio de frecuencia, adems est compuesto por circuitos elctricos aislados entre si que son eslabonados por un circuito magntico comn.

No se la considera como una mquina elctrica por que no tiene partes en movimiento sin embargo dada su importancia se la estudia como tal.El transformador por ser una mquina esttica tien eventajas sobre las mquinas rotativas debido a que no tiene prdidas mecnicas ,las nicas prdidas del transformador son elctricas y del hierro, por tal razn su rendimiento es alto.En la Ilustracin 1 se puede apreciar un transformador sencillo, en el cual estn las bobinas eslabonadas por un ncleo magntico comn. El bobinado que se conecta al primario se denomina primario, mientras que el bobinado que se induce el voltaje y adems alimenta la carga se denomina secundario

Ilustracin 11) Tipos de Transformadores

Existe una gran variedad de los tipos de transformadores existentes debido que son equipos que transforman la energa elctrica,

Transformador elevador o reductor de voltaje. Empleados en las subestaciones elctricas de la redes de transporte de energa elctrica. Con el fin de disminuir las prdidas por efecto Joule debidas a la resistencia de los conductores conveniente transportar la energa elctrica a larga distancia a voltajes elevados, siendo necesario reducir nuevamente dichos voltajes para adaptarlas a las de utilizacin. Entre otros:

Transformador de aislamiento, transformador trifsico, transformador de pulsos, transformador de lnea o flyback, transformador de impedancia, estabilizador de voltaje, electrnico, transformador de Frecuencia Variable, transformadores de medidaPor lo que para esta prctica se hablara especficamente de los transformadores elevadores o reductores de voltaje.

2) Clasificacin segn su construccin 2.1 Autotransformador. El primario y el secundario del transformador estn conectados en serie, constituyendo un bobinado nico. Pesa menos y es ms barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones similares. 2.2 Transformador toroidal. El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son ms voluminosos, pero el flujo magntico queda confinado en el ncleo, teniendo flujos de dispersin muy reducidos y bajas prdidas por corrientes de Foucault.

2.3 Transformador de grano orientado.El ncleo est formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre s misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las lminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta prdidas muy reducidas pero el costo es elevado.

2.4 Transformador de ncleo de aire. En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin ncleo o con un pequeo cilindro de ferrita que se introduce ms o menos en el carrete, para ajustar su inductancia. 2.5 Transformador de ncleo envolvente. Estn provistos de ncleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersin. 3) Tipos de ncleos:

El ncleo de los transformadores de fuerza puede ser de dos tipos, de acuerdo a su forma, tipo D y B o de barra central.Cuando se ha mencionado con anterioridad, los ncleos para transformadores se agrupan bsicamente en las siguientes categoras:

a) Tipo ncleo o de columnas.

b) Tipo acorazado.

c) Tipo ncleo o de columnas.

Existen distintos tipos de ncleos tipos columna, que est caracterizados por la posicin relativa de las columnas y de los yugos.

Tipo acorazado.

Este tipo de ncleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersin magntica, su uso es ms comn en los transformadores monofsicos. En el ncleo acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central, y cuando se trata de transformadores pequeos, las laminaciones se hacen en troqueles. Las formas de construccion pueden ser distintas y varian de acuerdo con la potencia.

Herrajes o armadura

Como se ha mencionado antes, los ncleos de los transformadores tienen partes que cumplen con funciones puramente mecnicas de sujecin de las laminaciones y estructuras, estas pares o elementos se conocen como herrajes o armadura y se complementan con componentes, como fibra de vidrio o madera para proteccin de la sujecin de los yugos.

3.1 NcleosExisten 2 tipos de ncleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo nucleo y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuacin. Tipo ncleo: este tipo de ncleo se representa en la fig.1, indicando el corte A-1 la seccin transversal que se designa con S (cm2). Este ncleo no es macizo, sino que esta formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas elctricamente entre s. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del ncleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una seccin U con una seccin I. La capa siguiente superior cambia la posicin I con respecto a la U.

Vista y corte de un ncleo tipo ncleo

La aislacin entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor.

Ncleo tipo acorazado: este tipo de ncleo es ms perfecto, pues se reduce la dispersin, se representa en la fig.2, en vistas. Obsrvese que las lneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del ncleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como tambin para las 2 cabezas. Para armar el ncleo acorazado tambin se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

Vista de un ncleo tipo acarazado con indicacin de la longitud magntica media.4) Construccin del TransformadorPara realizar la construccin del transformador tendremos la necesidad de disear y construir un transformador que rena caractersticas para casos especiales. Por lo que tenemos que recurrir al diseo y construccin del mismo, basndonos en las especificaciones que se requieran.

4.1 Diseo del transformador:

Nuestro primer paso en el diseo es considerar el circuito en el cual va a usarse y saber con certeza el nmero de vatios, o sea la potencia. Para esto usaremos la frmula siguiente: P= V x I

(VATIOS = VOLTIOS x AMPERIOS)

4.2 Diseo del ncleo:El tamao del ncleo que debemos emplear, lo encontraremos por medio de la carta grfica, que nos da el tamao del lado del cuadrado de corte transversal, o sea en "L", sin embargo hay que tomar en cuenta el uso que dicho transformador va a tener. Para uso continuo debe tomarse el nmero total de vatios, de lo contrario o si se quiere reducir el costo y tamao, puede tomarse una potencia un poco menor (aunque no es aconsejable), por ejemplo: De 10 a 1000 vatios, multipliquemos la potencia por .7 De 1000 vatios en adelante, por .8

4.3 Nmero de vueltas por voltio:Ahora pasemos a obtener el nmero de vueltas por voltio, en relacin a la dimensin "L", lo podemos encontrar con la frmula siguiente: Vueltas por voltio dividido entre el rea transversal del ncleo. El flujo magntico en el ncleo vara senoidalmente, la relacin del flujo y la tensin inducida se expresa mediante la ecuacin de la ley de Faraday

donde: f: Frecuencia [Hz] V: Voltaje eficaz [V] S: Seccin del ncleo [cm2] B: Induccin magntica [Gauss] 108: Constante que ajusta las variables al sistema MKS N: Nmero de espiras4.4 Densidad de corriente elctricaEl valor de la densidad de corriente se obtiene, haciendo

El valor de la densidad de corriente se obtiene, haciendo el cociente entre la capacidad mxima de corriente del alambre y la seccin del mismo.

Dnde: D: Densidad de corriente elctrica entre 2,5- 3 [A/mm2] para pequeos transformadores. I: Intensidad de corriente elctrica que circula por un conductor en amperios [A] S: seccin transversal del conductor en [mm2]

4.5 Calibre del alambre:Nuestro siguiente paso es el de determinar el calibre del alambre que debemos usar para cada uno de los devanados, el cual depende de la intensidad de la corriente que fluir por ellos. Para el primario usamos para averiguar el amperaje la frmula: I=W/V

Corriente en amperios = vatios dividido voltios

CONCLUSIONES

Luego de la investigacin realizada, se puede concluir que los transformadores son los impulsores de la gran red elctrica que tenemos es esta poca, gracias a grandes inventores como Faraday, Lenz, Tesla y otros que ayudaron en el proceso de la electrificacin, podemos disfrutar de electricidad en nuestras casas, con transformadores de baja potencia, se usan las computadoras, mviles, y toda la gama de tecnologa electrnica que gozamos hoy en da, sin lugar a duda conocer el funcionamiento de este dispositivo elctrico inventado hace mas de 100 aos, es de gran importancia.

Tambin hay que destacar que los transformadores son inventos que funcionan en una sola corriente, que es la alterna (C.A.) y no pueden ser utilizados con corriente directa ( C.D.), pues son dispositivos que funcionan con principios que solo pueden ser aprovechados y realizados por una generacin de corriente cambiante

Por ltimo, la fabricacin de un transformador se debe hacer con mucho cuidado y teniendo en cuenta todas las formulas y constantes fsicas que rigen a este dispositivo.5. REFERENCIAS

2) Boylestad - "Anlisis Introductorio de Circuitos" - 8va edicin - Seccin 12.5 (Los tipos de inductores)3) SIEMENS - "Componentes Electrnicos" - Marcombo - 1987 - Cdigo de Biblioteca Central: 621.381 5/S.194) Vassallo - "Manual de componentes y circuitos pasivos" - Ediciones CEAC - Barcelona - 1981 (Cdigo K241)5) Vassallo - "Componentes Electrnicos" - Ediciones CEAC - Barcelona - 1987 (Cdigo K99) - Captulo 4