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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS 2019-B FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES

MAQUINAS ELECTRICAS GUÍA DE LABORATORIO # 01 DISEÑO DE UN TRANSFORMADOR MONOFASICO

Es un dispositivo electromagnético que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente para que su valor permanezca constante. Este dispositivo esta compuesto de un núcleo de hierro en el que se ha arrollado varias espiras de alambre conductor. Esta agrupación de vueltas se llaman bobinas o inductores por lo general habrá un "primario" a la que recibe la tensión de entrada y otra bobina "secundario" aquella que reciba la tensión transformada.

Para poder realizar el diseño y fabricacion de un transformador monofasico se deben seguir las siguientes pautas : 1-Eleccion del nucleo a usar (para ello calculamos la potencia que consume nuestro equipo) 2-nº de espiras de cada bobinado (según formula) 3-calibre o seccion 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 calculo es el de la potencia entregada en watts lo cual se obtiene multiplicando su voltaje por su amperaje Potencia = 24V x 5A = 120 Watts

MSC. ING. JUAN APESTEGUIA INFANTES

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS 2019-B FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES 1.- Eleccion del Nucleo 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 nucleo tiene que poder proveer una potencia pico, la cual se calcula como la potencia RMS por raiz de dos (1,41421356) Entonces, la seccion del nucleo necesaria la calculamos como la raiz cuadrada de la potencia pico del transformador. El resultado obtenido es la seccion minima 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 mas se acomoda a nuestras necesidades. 3,8cm x 4cm = 15,2cm2 Para conocer la potencia REAL que puede proveer un transformador conociendo el area de su nucleo, basta con elevar al cuadrado el área y luego dividirlo por raiz de dos Nuestro núcleo puede proveernos un máximo de 163,37W. 2.- Numeros de Espiras

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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 calculos. Si usamos un valor muy alto el nucleo puede saturarse, absorbiendo la energia 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.

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS 2019-B FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES Adoptaremos un valor de 10000Gs de inductancia, una tension 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 osea 544 vueltas al primario N2 = 59.26 vueltas osea 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 tension 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 terminaria por quemarlo. Como nuestro transformador es de 120W, le corresponde una densidad de 3 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:

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):

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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 seria el que mejor se adapta, el cual soporta 6A y es de 2,08mm2.

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CUESTIONARIO 1.- Indique los tipos de transformadores por sus características más importantes 2.- ¿Que es el ensayo de cortocircuito en un transformador? Explique 3.- ¿Qué son, cómo funcionan y cuáles son los usos de Los Vatímetros ? 4.- Haga los cálculos para el diseño de un Transformador Monofásico de 220 Voltios y 60 Hertz y que ha la salida se obtenga : • • •

12 Voltios y 5 Amperios 30 voltios y 3 Amperios 60 Voltios y 10 Amperios

OBSERVACIONES El estudiante deberá entregar un informe de la Guía de Laboratorio realizada, impreso Este informe se presenta en forma grupal (por equipo de laboratorio) y deberá contener los siguientes puntos: a) b) c) d) e) f)

Caratula Introducción Objetivos Desarrollo Cuestionario Conclusiones

BIBLIOGRAFIA: Guia de Laboratorio

Ing. Juan Apesteguia

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