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FACULTAD ING. ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELECTRICAS    

ASIGNATURA: ELÉCTRICAS GRUPO: SEMESTRE: PROFESOR:

LABORATORIO DE MÁQUINAS Miércoles: 20:00 – 22:00 2020 – I APESTEGUIA INFANTES, JUAN

INFORME Nº 01

DISEÑO DE UN TRANSFORMADOR MONOFASICO INTEGRANTES:    

16190252 16190262 16190270 16190259

Calderon Juscamayta Jheysson Lucchini Paredes Jeoshua Jenady Prado Ramos Jean Paul Gonzales Taipe Vladimir Anderson

Ciudad universitaria, 15 de julio de 2020

INTRODUCCION

El transformador forma parte de nuestra vida, si miramos a nuestro alrededor pocos son los aparatos que funcionan sin transformador y sin embargo no se le da la importancia que realmente tiene, quizás sea porque lo vemos como una cosa normal, que ha dejado de ser novedad. El transformador es uno de los equipos eléctricos más útiles de los utilizados en la electricidad, puede aumentar o disminuir la tensión, se utiliza la mayoría de veces para rebajar la tensión de alimentación a valores más bajos y así poder manipular los circuitos sin riesgos. Esta experiencia es muy importante porque nos muestra acerca de los cálculos para el diseño de un transformador monofásico de 220 voltios y que a la salida obtener cierta cantidad de voltios y amperios.

OBJETIVOS:  Reconocer las principales características y parámetros que posee un transformador monofásico.

FUNDAMENTO TEÓRICO Y DESARROLLO: TRANSFORMADOR: El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo.

Los trasformadores están compuestos por diferentes elementos. Los componentes básicos son: Núcleo: Este elemento está constituido por chapas de acero al silicio aisladas entre ellas. El núcleo de los transformadores está compuesto por las columnas, que es la parte donde se montan los devanados y las culatas, que es la parte donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir el flujo magnético, ya que es un gran conductor magnético. Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz. Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicara la

relación de transformación. Por definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario y donde obtengamos la tensión de salida será el secundario.

Simbología: Transformadores monofásicos

símbolos utilizados para identificar los transformadores monofásicos

transformadores trifásicos

símbolos utilizados para identificar los transformadores trifásicos

FUNCIONAMIENTO: Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

Transformador Monofásico Los transformadores, como la mayoría de las máquinas eléctricas, disponen de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre el núcleo magnético, formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que se denominan primarios y secundarios. Al conectar el bobinado primario de N 1 espiras a una tensión alterna, se crea un flujo magnético alterno. Este flujo magnético, que se establece en todo el circuito magnético, recorre el bobinado secundario de N 2 espiras induciendo en él una fuerza electromotriz produciendo la tensión en bornes V2. A la relación de tensiones entre el primario y secundario se le llama relación de transformación, para un transformador ideal se cumple:

Dónde:  m = relación de transformación  V1 = tensión del primario (V)  V2 = tensión del secundario (V)  N1 = número de espiras del primario  N2 = número de espiras del secundario

Potencia en corriente continua Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es,

Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en Watts. Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P. Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como:

Potencia en corriente alterna Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una tensión sinusoidal v(t) con velocidad angular ω y valor de pico Vo resulta:

Esto provocará una corriente i(t) retrasada un ángulo φ respecto de la tensión aplicada:

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores: Mediante anterior expresión puede transformarse en la siguiente:

trigonometría, la

 m = relación de transformación V Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces:

Potencia aparente

La potencia aparente (también llamada compleja) de un circuito eléctrico de corriente alterna es la suma (vectorial) de la energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes que fluctuara entre estos componentes y la fuente de energía. Esta potencia no es la

realmente consumida "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en voltiamperios (VA). Su fórmula es:

Potencia activa Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda. Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:

Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos. Potencia reactiva Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil. Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q. Factor de Potencia Es un indicador del correcto aprovecha-miento de la energía eléctrica. El Factor de Potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que:

Por ejemplo, si el Factor de Potencia es 0,95 indica que del total de la energía abastecida por la Distribuidora sólo el 95 % de la energía es utilizada por el Cliente mientras que el 5 % restante es energía que se desaprovecha. En los artefactos tales como lámparas incandescentes (focos), planchas, calefón y estufas eléctricas, toda la energía que requieren para su funcionamiento se

transforma en energía lumínica o energía calórica, en estos casos el Factor de Potencia toma valor 1 (100 % energía activa). En otros artefactos, por ejemplo, lavarropas, heladeras, equipos de aire acondicionado, ventiladores y todos aquellos que poseen un motor para su funcionamiento, como también los tubos fluorescentes, entre otros, una parte de la energía se transforma en energía mecánica, frío, luz o movimiento (energía activa), y la parte restante requiere otro tipo de energía, llamada energía reactiva, que es necesaria para su propio funcionamiento. En estos casos, el Factor de Potencia toma valores menores a 1

Ensayo de vacío La potencia absorbida por el transformador trabajando en vacío es aproximadamente igual a las pérdidas en el hierro (las nominales si se aplica la tensión nominal en el primario) y se desprecian las pequeñas pérdidas que puede haber en el cobre. La potencia P0 que absorbe el transformador en vacío la indica el vatímetro W. La lectura del amperímetro A proporciona la corriente I 0 absorbida desde el primario y los voltímetros V1 y V2 indican, respectivamente, la tensión V1o a la que hemos conectado el transformador y la tensión V 2o de circuito abierto en el secundario. Al realizar el ensayo de vacío, la intensidad que circula por el primario se cierra por la admitancia de vacío. De esta forma queda determinada la admitancia de vacío referido al secundario.

Ensayo de cortocircuito Se realiza poniendo el transformador en cortocircuito por uno de los dos arrollamientos. Después aplicamos al otro lado una tensión reducida hasta que pase por este lado del transformador la corriente nominal, pueden hallarse fácilmente las constantes más importantes de los devanados, como son sus tensiones, resistencias, reactancias de dispersión, la reactancia de cortocircuito y las pérdidas en las bobinas incluidas las adicionales por efecto superficial. La separación de estas últimas en dos sumandos como son, las pérdidas por corriente continua y las pérdidas por concentración de corriente, también es fácil de conseguir efectuando mediciones previas de resistencia con corriente continua. Así pues tomamos nuevamente el circuito equivalente del transformador y consideremos el caso de que la resistencia y la reactancia de carga sean nulas es decir que los bornes del secundario estén en cortocircuito. en este caso se cumple:

La tensión primaria de cortocircuito Uccp se consume integra en la impedancia, que por esta razón también se ha denominado impedancia de cortocircuito. El ensayo se efectuará aplicando baja tensión al primario, a fin de que por el circule justamente la corriente a plena carga. Nótese que en este caso las resistencias comprenden el aumento debido al flujo de dispersión producido por la corriente a plena carga, a la vez que por ser muy reducido el flujo que se precisa para inducir en los devanados de la escasa f.e.m. que debe desarrollarse, la corriente de excitación es prácticamente despreciable. Así el ensayo con una corriente de cortocircuito igual a la nominal en plena carga, surgen inmediatamente las pérdidas en los bobinados P Cu incluidas las adicionales, por hallarse presente todo el flujo de dispersión, en tanto por uno:

Donde S es la potencia aparente del transformador. De la misma forma, si U es la tensión nominal del devanado que actúa ahora como primario con el voltaje Uccp, en valor relativo

La potencia perdida de cortocircuito, siendo el flujo tan débil, se consume prácticamente toda la resistencia de los devanados, dando así de paso la caída de tensión por resistencia, que en valor relativo de la tensión es:

Es igual cuál de los dos lados se haya puesto en cortocircuito. Generalmente será el de baja tensión para que la tensión del lado de alta sea más cómoda de medir. Los valores de todas las constantes de cortocircuito deben referirse a 75 °C para el cálculo de los rendimientos, si han sido medidos a otras temperaturas.

Rendimiento: Los transformadores también se comparan y valoran de acuerdo con su eficiencia. La eficiencia o rendimiento de un artefacto se puede conocer por medio de la siguiente ecuación:  = PSAL / PENT * 100 %  = PSAL / (PSAL + PPÉRDIDA) * 100 % Esta ecuación se aplica a motores y generadores, así como a transformadores. Los circuitos equivalentes del transformador facilitan mucho los cálculos de la eficiencia.

Hay tres tipos de pérdidas que se representan en los transformadores:  Pérdidas en el cobre.  Pérdidas por histéresis.  Pérdidas por corrientes parásitas. Para calcular la eficiencia de un transformador bajo carga dada, sólo se suman las pérdidas de cada resistencia y se aplica la ecuación:  = PSAL / (PSAL + PPÉRDIDA) * 100 % Puesto que la potencia es PSAL = VS * IS cos  , la eficiencia puede expresarse por:  = (VSIS cos  S) / (PCU+PNÚCLEO+VSIScos  S) * 100%

Nomenclatura de los transformadores: Esta establecido como estándar que las entradas a la bobina primaria del transformador se utilice las siguientes letras: H1, H2 para el caso de un transformador monofásico. HI, H2, H3 para el caso de un transformador trifásico. Y en las salidas de la bobina secundaria se establece la siguiente nomenclatura: X1, X2 para el caso de un transformador monofásico. X1, X2, X3 para el caso de un transformador trifásico.

Polaridad de un transformador La polaridad de un transformador dependerá de cómo están devanadas las dos bobinas, no solamente respecto al núcleo, sino que también respecto a ellas. Las bobinas secundarias de los transformadores monofásicos se arrollan en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, según el criterio del fabricante. Debido a esto, podría ser que la intensidad de corriente en la bobina primaria y la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.

El transformador: es un dispositivo eléctrico construido con dos bobinas acopladas magnéticamente entre sí, de tal forma que al paso de una corriente eléctrica por la primera bobina (llamada primaria) provoca una inducción

magnética que implica necesariamente a la segunda bobina (llamada secundaria) y provocando con este principio físico lo que se viene a llamar una transferencia de potencia. 1.Polaridad aditiva Se da cuando en un transformador el bobinado secundario este arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario. Esto hace que los flujos de los bobinados giren en el mismo sentido y se sumen. Los terminales H1 y X1 están cruzados.

2.Polaridad sustractiva

Se da cuando en un transformador secundario este arrollado en sentido opuesto al bobinado primario. Esto hace que los flujos de los bobinados giren en sentido opuestos y se resten. Los terminales H1 y X1 están en línea.

Se denomina flujo mutuo al flujo que enlaza a la bobina secundaria con la bobina primaria, donde este induce en la bobina secundaria un voltaje que depende de sus números de espiras Como se determina la polaridad de un transformador

Para determinar la polaridad de un transformador se coloca un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltímetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un voltaje de Vx ver el grafico. Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo.

Ejemplo de polaridad aditiva y sustractiva Primero se midió las resistencias en ambos lados del transformador, para poder determinar la mayor y menor resistencia y con el mayor ubicar el devanado primario. Los valores fueron r=0.16Ω, R=1.22Ω Luego se etiqueto los terminales del transformador de manera arbitraria Luego se realizó la conexión de acuerdo a un primer diagrama, en donde se obtuvo una polaridad aditiva a partir de los siguientes resultados: V1=214.56; V2=60.99; V=275.30 entonces V=V1+V2

Luego se realizó otra conexión de acuerdo a un segundo diagrama, similar al primer diagrama con la diferencia de que las posiciones de los terminales del

devanado secundario se invierten y se obtuvo una polaridad sustractiva a partir de los siguientes resultados: V1=214.36; V2=60.91; V=154.05 entonces V=V1-V2

¿Cuándo es necesario la importancia de la polaridad en un transformador monofásico? La polaridad de un transformador no es tan importante cuando se trata de un solo transformador, pero es importante cuando se quiere realizar una conexión de una serie de transformadores monofásicos ya que en una conexión de dos o más transformadores se tiene que conocer sus salidas de sus terminales primarios y secundarios, para que de esta manera se puedan evitar accidentes de cortocircuito. También es importante para que se puedan conectar los transformadores de manera ordenada y correcta.

Para poder realizar el diseño y fabricación de un transformador monofásico se deben seguir las siguientes pautas: 1-Eleccion del núcleo a usar (para ello calculamos la potencia que consume nuestro equipo) 2-nº de espiras de cada bobinado (según formula) 3-calibre o sección del alambre de cada bobinado (según tabla) Por ejemplo, se desea diseñar un transformador de 220 Voltios a la entrada y con una frecuencia de 60 Hertz y que el secundario ofrezca 24 Voltios y 5 Amperios. El primer cálculo es el de la potencia entregada en watts lo cual se obtiene multiplicando su voltaje por su amperaje Potencia = 24V x 5A = 120 Watts

1.- Elección del núcleo Se elige conociendo la potencia continua máxima que se le exigirá, en nuestro caso 120 W.

Esto tiene razón de ser, ya que la potencia que hemos calculado es la real, RMS, pero para poder obtener esa cifra efectiva de potencia nuestro núcleo tiene que poder proveer una potencia pico, la cual se calcula como la potencia RMS por raíz de dos (1,41421356) Entonces, la sección del núcleo necesaria la calculamos como la raíz cuadrada de la potencia pico del transformador. El resultado obtenido es la sección mínima necesaria para conseguir la potencia buscada. Aplicando la fórmula tenemos que el área buscada es de 13.03cm2, esta se calcula como el producto entre la altura y el ancho de las chapas E del núcleo. Deberemos buscar un núcleo que se adapte a nuestras necesidades. En este caso podremos usar un núcleo de 3.8cm x 4cm. No es el tamaño comercial, pero es el que más se acomoda a nuestras necesidades.

3,8cm x 4cm = 15,2cm2 Para conocer la potencia REAL que puede proveer un transformador conociendo el área de su núcleo, basta con elevar al cuadrado el área y luego dividirlo por raíz de dos. Nuestro núcleo puede proveernos un máximo de 163,37W.

2.- Números de Espiras

       

N1: Número de espiras del bobinado primario N2: Número de espiras del bobinado secundario V1: Voltaje bobinado primario (Volts) V2: Voltaje bobinado secundario (volts) F: Frecuencia de la red eléctrica (Hertz) S: Sección del núcleo (Cm2) B: Inducción magnética del núcleo (Gauss) 4,44 x10-8: Constante. Factor de forma de una onda senoidal

La inducción en Gauss es una indicación del flujo magnético por centímetro cuadrado en el núcleo. Este valor puede variar entre 8000 y 14000. Si no se conoce a ciencia cierta la inductancia de las chapas a utilizar, recomiendo adoptar un valor de 10000Gs para los cálculos. Si usamos un valor muy alto el núcleo puede saturarse, absorbiendo la energía de forma indebida, generando una pérdida en el rendimiento cuando aumente la demanda de corriente. Por otra parte, un valor de inductancia muy bajo puede dar por resultado un transformador muy voluminoso. Adoptaremos un valor de 10000Gs de inductancia, una tensión en el primario de 220V y una frecuencia de 60Hz. Ya tenemos todos los datos necesarios para calcular las vueltas de nuestros bobinados. N1 = 543.30 vueltas ósea 544 vueltas al primario

N2 = 59.26 vueltas ósea 60 vueltas al secundario 3.- Calibre del Alambre El grosor de los alambres usados depende directamente de la corriente que lo recorre. Esta corriente podemos calcularla fácilmente con la potencia y la tensión del bobinado (en caso de que no tengamos el dato) El alambre de cobre admite una densidad máxima de corriente dada su resistividad. De ser superado este valor corremos el riesgo de sobrecalentar el conductor, lo cual terminaría por quemarlo. Como nuestro transformador es de 120W, le corresponde una densidad de 3 A/mm2

La

densidad

máxima

Para conocer la 3sección de los alambres a utilizar vamos a valernos de la siguiente fórmula:

Donde:  S= Sección del alambre (mm2)  I= Intensidad de corriente (Amperios)  D= Densidad de corriente (ver tabla) (Amper/mm2) Para aplicar la fórmula al bobinado primario primero deberemos hallar la corriente. La podemos deducir fácilmente, ya que conocemos tanto el voltaje como la potencia.

P= VxI entonces I=P/V I = 120W/220v I = 0,54 A

Con esos datos ya podemos hallar la sección de alambre para el bobinado primario También deberemos hallar el calibre de alambre del bobinado secundario ya que (Recordemos que es de 24V 5A):

En este caso, para el bobinado primario nos serviría un AWG 24, que es de 0.20mm2 y soporta 0,58A de corriente. Para el devanado secundario un AWG 14 sería el que mejor se adapta, el cual soporta 6A y es de 2,08mm2

CUESTIONARIO: 1. Indique los tipos de transformadores por sus características más importantes. Los principales tipos de transformadores son: Tipos de transformadores Existen distintos tipos de transformadores según la aplicación que se le de. A continuación, detallaremos cada uno de ellos. Transformador elevador/reductor de tensión Son utilizadas por las empresas generadoras de electricidad para transportar a altas tensiones y que las casas puedan recibir a bajas tensiones. Transformadores variables Para una entrada de tensión fija, se puede variar la tensión de salida Transformador de aislamiento Contiene un aislamiento galvánico, y se utilizan para proteger equipos que están conectados directamente a la red. Transformador de alimentación Puede tener una o más bobinas secundarias. Incorporan un fusible térmico que permite proteger los equipos de sobrecargas. Transformador de pulsos Transformador que trabaja en un régimen de pulsos. Tiene una rápida velocidad de respuesta. Se utiliza para transferir impulsos a elementos de control. Transformador diferencial de variación lineal Es un transformador utilizado para medir desplazamientos que son lineales. Son utilizados en los servomecanismos para dar una retroalimentación de la posición. Transformador con diodo dividido Compuesto por diodos repartidos por todo el bobinado conectados en serie que permiten proporcionar una tensión continua. Transformador de impedancia

Es el transformador encargado de adaptar antenas y líneas de transmisión. Son encargados de disminuir o aumentar la impedancia.

2. ¿Qué es el ensayo de cortocircuito en un transformador? Explique La prueba se lleva a cabo desde el lado de alta tensión del transformador mientras el lado de baja tensión está cortocircuitado. El voltaje de suministro requerido para circular la corriente nominal a través del transformador es normalmente muy pequeño y es del orden de unos cuantos porcentajes del voltaje nominal y este voltaje del 5 % está aplicado a través de primario. Las pérdidas en el núcleo son muy pequeñas porque el voltaje aplicado es solo unos cuantos porcentajes del voltaje nominal y puede ser despreciado. Así, el vatímetro solo medirá las pérdidas en el cobre. Para llevar a cabo el ensayo de cortocircuito en un transformador:  Des energizar el transformador.  Cortocircuitar los bornes del lado de baja tensión.  Alimentar desde el lado de alta tensión con una tensión pequeña hasta que la corriente por el lado de baja tensión alcance su valor nominal.  Medir la tensión, corriente y potencia en el lado de alta tensión. El vatímetro indica las pérdidas debidas a efecto Joule.

3. ¿Qué son, cómo funcionan y cuáles son los usos de Los Vatímetros? Se encarga de medir los watts o vatios, que tiene una corriente determinada por una unidad de tiempo.

Los watts son una unidad de potencia, que equivale en otras escalas a un Julio por segundo, lo que realmente significan que son muy potentes. Además, pueden ser utilizados en corrientes continuas como alternas. También se conoce como el nombre de Vatímetro, pues en el sistema inglés, el vatio se traduce como Watts, es por esto, que se utiliza con ambos nombres, dependiendo de cómo lo usen en el lugar en que te encuentres. En líneas generales es un instrumento muy sencillo de utilizar, es por esto, que no tienes que preocuparte, incluso se encuentran personas que fabrican este instrumento de forma casera, para contabilizar en sus experimentos. ¿Para qué sirve un Wattmetro? El Wattmetro es un instrumento que sirve para medir la potencia eléctrica y también el suministro de corriente que tiene un artefacto determinado. Al ser una fusión del amperímetro y voltímetro, puede determinar la diferencia que existe entre ambas, para así posteriormente revelar el número de watts por unidad de tiempo, que son otorgados al artefacto por la corriente bien sea continua o alterna. El uso del wattmetro es amplio, primeramente, a gran escala es un componente esencial en los generadores de energía o sistemas eléctricos bien sea, locales, regionales o nacionales. A pequeña escala, puede ser usado como un medidor en las casas, lo cual es importante para determinar el gasto energético y así las compañías nacionales, presupuestar precios por consumo de ésta. Puede ser usado para medir como un dispositivo móvil, los vatios que consume un equipo en específico, un circuito o cualquier otro dispositivo que reciba cargas eléctricas.

4. Haga los cálculos para un Transformador real que tenga en su domicilio y contraste los valores experimentales con los valores teóricos. Después de realizar la medición se comprobó que el error entre el valor calculado entre el teórico y el medido es 2 .

5. Haga los cálculos para el diseño de un Transformador Monofásico de 220 Voltios y 60 Hertz y que a la salida se obtenga:  12 voltios y 5 Amperios Primero se procede a hallar la potencia que nos entrega teóricamente usamos la siguiente formula: P=V×I P=12×5=60 Watts  Elección del núcleo: Se elige conociendo la potencia continua máxima que se le exigirá, en nuestro caso 60 W.

 60 1.4142

Sección:

 9.211cm 2

El resultado obtenido es la sección mínima necesaria para conseguir la potencia buscada. Deberemos buscar un núcleo que se adapte a nuestras necesidades. En este caso podremos usar un núcleo de 3.3cm x 3.3cm. 3.3×3.3=10.89 cm2 Para conocer la potencia real que puede proveer un transformador conociendo el área de su núcleo, basta con elevar al cuadrado el área y luego dividirlo por raíz de dos. Nuestro núcleo puede proveernos un máximo de 83.85 W.  Numero de espiras:

Adoptaremos un valor de 10000Gs de inductancia, una tensión en el primario de 220V y una frecuencia de 60Hz. Ya tenemos todos los datos necesarios para calcular las vueltas de nuestros bobinados.

N1=758.33 o sea 759 vueltas N2=41.36 o sea 42 vueltas  Calibre del Alambre: El alambre de cobre admite una densidad máxima de corriente dada su resistividad. De ser superado este valor corremos el riesgo de sobrecalentar el conductor, lo cual terminaría por quemarlo. Como nuestro transformador es de 60W, le corresponde una densidad de 3.5 A/mm2.

 La densidad máxima de corriente admitida depende de la potencia a manejar: Para conocer la sección de los alambres a utilizar vamos a valernos de la siguiente fórmula:

P V 60 I1   0.273 A 220 P I2  V 60 I2   5A 12 I1 

Con esos datos ya podemos hallar la sección de alambre para el bobinado primario También deberemos hallar el calibre de alambre del bobinado secundario. 0.273  0.078mm 2 3.5 5   1.429mm 2 3.5

S Pr im  SSec

En este caso, para el bobinado primario nos serviría un AWG 28, que es de 0.08mm2 y soporta 0,23A de corriente. Para el devanado secundario un AWG 15 sería el que mejor se adapta, el cual soporta 4.28A y es de 1,65mm2.

 30 voltios y 3 Amperios Primero se procede a hallar la potencia que nos entrega teóricamente usamos la siguiente formula: P=V×I P=30×3=90 Watts  Elección del núcleo: Se elige conociendo la potencia continua máxima que se le exigirá, en nuestro caso 60 W.

 90 1.4142

Sección:

 11.282cm 2

El resultado obtenido es la sección mínima necesaria para conseguir la potencia buscada. Deberemos buscar un núcleo que se adapte a nuestras necesidades. En este caso podremos usar un núcleo de 3.3cm x 3.3cm. 3.3×3.90=12.87 cm2 Para conocer la potencia real que puede proveer un transformador conociendo el área de su núcleo, basta con elevar al cuadrado el área y luego dividirlo por raíz de dos. Nuestro núcleo puede proveernos un máximo de 117.12 W.  Numero de espiras:

Adoptaremos un valor de 10000Gs de inductancia, una tensión en el primario de 220V y una frecuencia de 60Hz. Ya tenemos todos los datos necesarios para calcular las vueltas de nuestros bobinados.

N1=641.66 o sea 642 vueltas N2=87.50 o sea 88 vueltas  Calibre del Alambre: El alambre de cobre admite una densidad máxima de corriente dada su resistividad. De ser superado este valor corremos el riesgo de sobrecalentar el conductor, lo cual terminaría por quemarlo. Como nuestro transformador es de 90W, le corresponde una densidad de 3.5 A/mm2.

 La densidad máxima de corriente admitida depende de la potencia a manejar: Para conocer la sección de los alambres a utilizar vamos a valernos de la siguiente fórmula:

P V 90 I1   0.409 A 220 P I2  V 90 I2   3A 30 I1 

Con esos datos ya podemos hallar la sección de alambre para el bobinado primario También deberemos hallar el calibre de alambre del bobinado secundario. 0.409  0.117mm 2 3.5 3   0.857mm 2 3.5

SPr im  SSec

En este caso, para el bobinado primario nos serviría un AWG 26, que es de 0.13mm2 y soporta 0,37A de corriente. Para el devanado secundario un AWG 17 sería el que mejor se adapta, el cual soporta 3.2A y es de 1,04mm2.

 60 voltios y 10 Amperios Primero se procede a hallar la potencia que nos entrega teóricamente usamos la siguiente formula: P=V×I P=60×10=600 Watts  Elección del núcleo: Se elige conociendo la potencia continua máxima que se le exigirá, en nuestro caso 60 W.

 600 1.4142

Sección:

 29.129cm 2

El resultado obtenido es la sección mínima necesaria para conseguir la potencia buscada. Deberemos buscar un núcleo que se adapte a nuestras necesidades. En este caso podremos usar un núcleo de 3.3cm x 3.3cm. 5×6=30 cm2 Para conocer la potencia real que puede proveer un transformador conociendo el área de su núcleo, basta con elevar al cuadrado el área y luego dividirlo por raíz de dos. Nuestro núcleo puede proveernos un máximo de 636.40 W.  Numero de espiras:

Adoptaremos un valor de 10000Gs de inductancia, una tensión en el primario de 220V y una frecuencia de 60Hz. Ya tenemos todos los datos necesarios para calcular las vueltas de nuestros bobinados.

N1=275.27 o sea 276 vueltas N2=75.08 o sea 76 vueltas  Calibre del Alambre: El alambre de cobre admite una densidad máxima de corriente dada su resistividad. De ser superado este valor corremos el riesgo de sobrecalentar el conductor, lo cual terminaría por quemarlo. Como nuestro transformador es de 90W, le corresponde una densidad de 2 A/mm2.

 La densidad máxima de corriente admitida depende de la potencia a manejar: Para conocer la sección de los alambres a utilizar vamos a valernos de la siguiente fórmula:

P V 600 I1   2.728 A 220 P I2  V 600 I2   10 A 60 I1 

Con esos datos ya podemos hallar la sección de alambre para el bobinado primario También deberemos hallar el calibre de alambre del bobinado secundario. 2.728  1.364mm 2 2 10   5mm 2 2

S Pr im  SSec

En este caso, para el bobinado primario nos serviría un AWG 15, que es de 1.65mm2 y soporta 4.8A de corriente. Para el devanado secundario un AWG 10 sería el que mejor se adapta, el cual soporta 15A y es de 5.26mm2.

CONCLUSIONES:  No es tan difícil el diseño de un transformador de acuerdo a los pasos seguidos en la guía en si la mayoría de valores en las ecuaciones depende de la potencia generada es ahí la importancia de saber cual será la potencia a alcanzar.  Los valores teóricos de los medidos tienen un rango de error 5 por lo que el diseño es casi certero.  Es de vital importancia considerar el grosor del alambre ya que sino el transformador se calentará y no tendrá un optimo rendimiento  Un problema común es al diseñar la medida del núcleo es usar valores no comerciales lo que nos ocasiona el problema de crear nuestro propio núcleo a medida lo que no es tan factible por lo que se sugiere usar tablas comerciales.

BIBLIOGRAFIA: Pulido, M. Á. (2009). Transformadores: Cálculo fácil de transformadores y autotransformadores monofásicos y trifásicos de baja tensión. Marcombo.

https://mquinas-electricas.blogspot.com/2013/02/el-transformador-monofasico.html https://como-funciona.co/un-transformador/ https://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_cortocircuito#:~:text=En%20ingenier%C3%ADa%20el %C3%A9ctrica%2C%20el%20ensayo,equivalente%20de%20un%20transformador%20real. https://materialeslaboratorio.com/wattmetro/