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.: Artículo de Mecánica Popular :.
Construya su Propio Transformador - Parte I - El Diseño
Nota de 1950
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Construya su Propio
Transformador
Por Harold P. Strand
PARTE I - EL DISEÑO
EL DISEÑAR y construir pequeños transformadores monofásicos, como los empleados por
experimentadores en electricidad y radio-técnicos, constituye una ocupación interesante e instructiva.
Aun cuando es posible comprar transformadores de voltajes corrientes, con frecuencia se requieren
voltajes especiales para tareas experimentales o aparatos nuevos. Es mucho más económico el
construir uno mismo tal transformador que encargar su construcción a terceros.
Un transformador elemental consiste de un núcleo de hierro laminado sobre el cual se envuelve una
bobina de alambre aislado. Esta bobina puede ser de devanado simple, con empalmes, como un
transformador de automóvil, o compuesto de dos bobinas separadas, como en las Figs. 1 y 5. Este
último tipo de devanado, siendo el más común, será discutido en este artículo.
Como se indica en la Fig. 5, una de estas bobinas lleva el nombre de "bobina primaria," ,o "primario"
simplemente, y está conectada a la entrada de corriente. La segunda bobina, desde la cual se toma
la energía, se llama "bobina secundaria," o "secundario," y tendrá mayor o menor número de vueltas
que el primario, según el caso. El núcleo se compone de placas o láminas de acero de silicio, pues la
inversión constante del flujo de la corriente alterna produce contra-corrientes en un núcleo de hierro
macizo. Por lo tanto, si se empleara un núcleo de hierro macizo, se produciría un recalentamiento en
el transformador. El laminado tiende a quebrar dichas contracorrientes.
Para resumir, la teoría del funcionamiento de un transformador es la siguiente: El voltaje de la línea
envía una corriente por el primario, produciéndose de ese modo el campo magnético (líneas de
fuerzas invisibles) dentro del núcleo de hierro. Como dicho núcleo también rodea al secundario, el
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campo magnético, que aumenta y disminuye ala par de la corriente alterna, atraviesa las espiras del
secundario y, por las leyes de inducción magnética, induce un voltaje en este devanado. Si se cierra
el circuito del secundario mediante el agregado de una carga, fluirá una corriente en el mismo. El
voltaje inducido en el secundario es directamente proporcional al número de vueltas de éste, en
comparación con el número de vueltas del primario, a excepción de una ligera pérdida que se
explicará más adelante. Por ejemplo, con 100 vueltas en la, bobina primaria y 200 en la secundaria,
al aplicarse 100 voltios al primario, se inducirán 200 voltios en el secundario. El transformador
también se regula por sí mismo, es decir" automáticamente. Cuando se aplica el voltaje de línea al
primario, una fuerza electro-motora contrarrestante, o voltaje, es inducida en ese devanado. Este
voltaje es prácticamente igual al voltaje de las líneas sin carga alguna. Estando el secundario abierto,
este voltaje contrario impide que fluya corriente en el primario, a excepción de una cantidad muy
pequeña. Por consiguiente, un transformador sin carga no toma casi corriente alguna de la línea. La
pequeña corriente que toma se denomina "corriente excitadora" y sirve para producir el campo
magnético en el núcleo del transformador.
Cuando se conecta una carga al secundario,
la corriente inducida en él debe, de acuerdo
con la ley de Lenz, fluir en dirección tal que
se oponga al campo magnético del núcleo.
Esta oposición tiende a reducir la intensidad
del campo magnético, lo cual, a su vez;
reduce la contracorriente electro-motora.
Como esta última se opone al flujo de la
corriente en el primario, resulta evidente que,
al reducirse, se permitirá que más corriente
fluya por el primario, para satisfacer los
requisitos de un aumento de carga en el
secundario. De este modo, el transformador
actúa de un modo similar a una válvula
reguladora automática. El primer paso que se
debe tener en cuenta al diseñar un
transformador, son las dimensiones del
núcleo y su relación con una magnitud de
voltamperios o "capacidad nominal." Para
beneficio del diseñador aficionado, la tabla
No. 4 puede ser usada como guía general.
Esto no quiere decir que se deba seguir
siempre exactamente; ya que, si se emplea
menor cantidad de hierro en el núcleo,
deberá compensarse esta situación con un
mayor número de vueltas en el primario.
Puede verse en la fórmula, Fig. 6, que la
relación entre la superficie del núcleo y el
número de vueltas es mantenida de modo
que se asegure una densidad magnética
prudente en el núcleo. Sin embargo, no es
buena práctica el usar una cantidad excesiva
de hierro o cobre, si han de considerarse las
fugas y la eficiencia del transformador. Aun
cuando se pueden construir núcleos para
transformadores con tiras rectas de acero de
silicio, las láminas corrientes de tipo E- Fig. 3,
que pueden obtenerse de un transformador
en desuso, resultan más convenientes. Lo
que más se debe tener en cuenta, al diseñar
un transformador, es el espesor que se
obtiene al sobreponer las placas laminadas,
medido como en la Fig. 2, la anchura de la
sección central, "A," en la Fig. 3, y el área de
las aberturas.
El problema que generalmente confrontan los
aficionados es determinar el número de
vueltas y el espesor del alambre necesario
para producir un determinado voltaje con un
núcleo disponible determinado. Supóngase,
por ejemplo, que la anchura de la sección
central de las placas disponibles mida 1 1/4",
una de las aberturas mida 5/8" x 1 7/8" y que
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hay suficientes placas para sobreponerlas
hasta formar un espesor de 1 3/4". El área
del núcleo es la anchura de la sección central
(1.25") multiplicada por el espesor de la pila
de placas (1.75") A y E, Figs. 3 y 5, que
equivale a 2.19 pulgadas cuadradas. Usando
la tabla de la Fig. 4, vemos que esto
corresponde a una clasificación de 125
voltamperios a 60 ciclos.
Si usamos el transformador con una línea de 115 voltios y fuese preciso obtener 230 voltios a 0.5
amperios en las salidas del secundario, debemos multiplicar 230 x 0.5, obteniendo entonces 115
voltamperios, lo cual se encuentra lo suficientemente adentro de la clasificación de 125
voltamperios para el núcleo.
Para hallar el número exacto de vueltas en el devanado "primario" deberá usarse la fórmula de la
Fig. 6. Colocando los valores correspondientes, dicha fórmula presentaría la siguiente forma:
En esta fórmula, 10 ^8 toma el lugar de 100,000,000
115 es el voltaje primario
4.44 es un factor
60 es la frecuencia
2.19 es el área del núcleo
65 000 son las líneas de fuerza por pulgada cuadrada del campo magnético.
En el resultado, 303 vueltas
pueden redondearse a 300.
El próximo paso es dividir
300 por el voltaje de línea
(115) para 9btener el
número de vueltas por
voltio. Esto será de 2.61
aproximadamente.
Las
vueltas necesarias en el
secundario, para cualquier
voltaje
de
salida,
se
calcularan
multiplicando
2.61 por el voltaje deseado.
En este caso, se quieren
obtener 230 voltios, de
manera que: 230 x 2.61=600
vueltas. Las fugas que se
producen en el acero o
cobre, que deben tenerse en
cuenta,
pueden
compensarse
con
un
aumento de un 4% en el
número de vueltas. También
debe
considerarse
la
"regulación," es decir, la
condición que afecta al
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voltaje de salida, desde la
falta de carga hasta la carga
total. Generalmente, un
aumento del 2% en el
número
de
vueltas
compensara esta condición.
De manera que, al aumentar
las 600 vueltas calculadas
en un 6%, o sea un total de
636 vueltas, se obtendrán
los 230 voltios íntegros con
una carga de 0.5 amperios.
La tabla de la Fig. 7,
muestra
la
superficie
seccional de los alambres
de cobre. Si se mueve el
punto decimal en la columna
de
milésimos
(mils)
circulares tres espacios
hacia la izquierda, es
posible
determinar
rápidamente la capacidad
de amperaje de cada
tamaño. El "secundario"
manejara 0.5 amperios y, en
base a la tabla, el alambre
No.23, de 509 milésimos
circulares, es el tamaño más
cercano. Para determinar la
corriente.. en el primario,
divida la clasificación de
voltamperios
(capacidad
nominal) (1l5y por el voltaje
"primario" (115), resultando
esto en un amperio. Como
los transformadores nunca
funcionan con una eficacia
del cien por ciento, es
conveniente agregar un diez
por ciento, es decir, elevar el
total a 1.1 amperios. En ese
caso, el alambre No.19, de
1288 milésimos circulares,
es el tamaño más cercano.
Este artículo continúa en el
número
próximo
de
"Mecánica Popular." En él
se suministrará información
detallada y completa con
respecto a la construcción
practica del transformador.
Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 6 - Abril 1950 - Número 4
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Idea original de Mi Mecánica Popular por: Ricardo Cabrera Oettinghaus
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