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Cálculo de transformadores de baja potencia

Cálculo de transformadores de baja potencia
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Concepto:Como calcular los valores de los devanados primario y secundario en los transformadores.

Cálculo de transformadores de baja potencia (hasta 1000 V.A.).Los transformadores son dispositivos estáticos que, basados en el principio de la inducción electromagnética, son capaces de transferir la energía eléctrica de un circuito a otro mediante un flujo común, manteniendo la frecuencia constante y puede variar los valores de tensión y corriente en el devanado secundario.

Conceptos fundamentales

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Variables a calcular

Para sentar las bases es importante conocer los términos mas usados, los cuales muestran a continuación.


Relación de transformación: Es la relación (o resultado de dividir) entre el número de espiras del primario y del secundario, la cual es igual a la relación entre la tensión del primario y del secundario sin carga.

Relación entre corrientes: Es inversa a la relación de transformación. Es decir que a mayor corriente menos vueltas o espiras. Mientras que en la relación de transformación a mayor tensión (voltaje) más espiras o vueltas.

Rendimiento: Nos dice cuanta potencia se aplica al transformador y cuanta entrega este a la carga. La diferencia se pierde en los devanados en forma de calor por efecto Joule, debido a que estos no tienen una resistencia nula, y también en el núcleo debido a histéresis y corrientes de Foucault. El transformador ideal rendirá un 100 % pero en la práctica no existe.


Potencia= V x I N1/N2 = V1/V2 léase: número de vueltas del primario sobre el número de vueltas del secundario es igual a la relación entre el voltaje del primario sobre el voltaje del secundario.

Devanados primario y secundario.

Se realizan con alambres esmaltados, el devanado primario y secundario puede ser cualquiera de los dos pues esta asignación depende de cual es el que es conectado a la línea de alimentación (primario) y cual alimenta la carga o circuito que se desea alimentar(secundario). Cada uno de ellos puede tener dos o más terminales según el número de tensiones al que se desee conectar (primario) o el número de tensiones que pueda requerir la carga (secundario)

Núcleo

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Nucleo tipo E

Son las chapas de material ferro-magnético, hierro al que se añade una pequeña porción de silicio. Se recubre de barniz aislante que evita la circulación de corrientes de Foucault. De su calidad depende que aumente el rendimiento del transformador hasta un valor cercano al 100 %. En dependencia del tipo de núcleo pueden ser de columna (también llamados tipo C) o acorazados (llamados tipo E), ver figura. Los mas eficientes (y por tanto mas usados) son los acorazados o tipo E.

Cálculos

Para alimentar un equipo tanto eléctrico como electrónico muchas veces es necesario enrollar un transformador que será la base de esa alimentación la cual puede que sea luego rectificada y filtrada de acuerdo a las necesidades.

Fórmulas para el cálculo de transformadores

Área del núcleo en cm2 = largo en cm. x ancho en cm.

Wp = Vp x 36 / Área Wp cantidad de vueltas que tendrá el primario 
Ip = 1,1 x V.A. / Vp Ip Corriente que circulara por el primario 
W v = Wp / Vp W v Vueltas por Volt 
Ws = 1,06 x W v x Vs Ws Cantidad de vueltas que tendrá el secundario 
Is = V.A. / Vs Is Corriente que circulara por el secundario 

Además: Vp Voltaje al cual trabajara el primario. V.A. Potencia en Volt-A mpere. Vs Voltaje al cual trabajara el secundario.

Ejemplo de cálculo

Tabla 1 Potencia del nucleo V.A.jpg

Por ejemplo se desea alimentar un pequeño amplificador que debe ser alimentado con 12 v y necesita 0.8 A. de corriente, para ello lo primero es determinar los voltـampere que serán 12x 0.8 = 9.6 V.A. entonces el tamaño del núcleo que se necesita se busca con la ayuda de la tabla 1 y se observa que para 10 V.A. se necesita un transformador con 2 cm.² de área por tanto se necesita buscar un transformador cuya pata central que, cuando se halle el área (multiplicando largo por ancho de su sección transversal axb), de lo mas aproximado a 2 cm.², esto si se trata de un núcleo acorazado (E), si es núcleo de columna (C) se medirá cualquiera de sus dos patas, pues son iguales, y se realiza el cálculo del área (ver figura 1). Como en la práctica resulta ser que se toma un transformador fuera de uso se debe comprobar si el primario esta en buen estado y soporta la tensión a la que se quiere conectar (por ejemplo 110 V) pues evitara (si se puede usar) el tener que enrollar el primario. Si es necesario calcularlo todo se hará de la siguiente manera:

Numero de vueltas del primario

Wp = Vp x 36 / Área Wp = 110x 36/ 2.1 

(110 volt a los que se conectara el primario por 36 (es una constante)) y dividido por 2.1 suponiendo que no se encontró un área de 2 c.m.² y si una de 2.1 Entonces si se efectúa el calculo anterior Wp =1886 vueltas en el primario.

Corriente del primario

Ip = 1,1 x V.A. / Vp Ip = 1,1 x 9.6/110 Ip = 0.096 A aproximando 0.096 tendremos 0.1 A 

Entonces por la tabla 2 se ve que en la columna que dice Amperes el valor 0.1 y buscando hacia la izquierda corresponde con un alambre calibre numero 30, si se desea conocer el diámetro entonces se va a la segunda columna y vemos que es 0,25 mm. En este momento ya se puede enrollar el primario pues se tienen todos los datos, numero de vueltas 1886 y el calibre numero 30 Tabla 2 Conductores.jpg

Vueltas por Volt

W v = Wp / Vp W v = 1886/110= 17.14 vueltas por cada Volt

Vueltas del secundario

Ws = 1,06 x W v x Vs Ws = 1,06 x 17.14 x 12 Ws = 1,06 x 17.14 x 12 = 218 vueltas 

(1,06 es una constante que tiene en cuenta la caída de tensión del propio enrollado, los otros valores ya son conocidos)

Corriente del secundario

Is = V.A. / Vs Is = 9.6 / 12 = 0,8 A. 

este calculo no era necesario ya que conocíamos la corriente de secundario pero si al inicio los datos hubieran sido por ejemplo el voltaje y los Volt Ampere entonces se hubiese comenzado por A=V.A./V es decir A= 9.6/12= 0.8 A.

Por la tabla 2 en la columna Amperes buscamos 0.8 y vemos que lo mas cercano es 0.81 buscando hacia la izquierda vemos que el numero (calibre) es el 21 con un diámetro de 0.72 mm. Ya es posible enrollar el secundario dándole 218 vueltas de calibre numero 21.

Enlaces externos

Fuentes

  • Tecnología de enrollado de maquinas eléctricas. Pueblo y Educación, 1988.
  • García Miranda, Francisco. MONTAJE, MANTENIMIENTO Y REPARACION DE EQUIPOS ELECTRICOS INDUSTRIALES. Pueblo y Educación, 1981.
  • Zapata Ferrer, Ángel. Trabajos de electricidad y electrónica. Ed. Universitaria, 1966.
  • www.electronica2000.com
  • www.portaleso.com