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Elaboración de un transformador y cálculos

Fundación autónoma del pacifico

Elaborado por: Alex Geovanny angel Miller Alexis mejía

Villarrica 19 de mayo del 2018

1. OBJETIVO(S):

GENERAL

Investigar el funcionamiento de un transformador, para de esta manera enriquecer los conocimientos requeridos en la materia de Máquinas Eléctricas

ESPECÍFÍCOS Investigar la relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador. Realizar los cálculos necesarios para la construcción de un transformador reductor Analizar el funcionamiento de un transformador y como se realiza e bobinado de este.

2. Materiales Alambre magneto de doble capa

Chapas de hierro silicio Formaletas

Papel parafinado

3. INTRODUCCIÓN

Se ha hecho una investigación sobre uno de los dispositivos más importantes en el área de la electricidad, desde usos industriales a usos dentro de todo aparato electrodoméstico común, como ser los cargadores, computadoras, radios, televisores y la misma electricidad que usamos en nuestras casas, y también es un dispositivo fundamental en la propagación de la electricidad a largas distancias, se está hablando del transformador eléctrico. Un aparato que revoluciono la era de la electricidad y facilito el proceso de producción eléctrica.

El transformador es una máquina eléctrica estática capaz de transformar mediante un campo electromagnético la energía eléctrica transmitida.

Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.

4. HISTORIA DEL TRANFORMADOR ELECTRICO El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético

5. FUNCIONAMIENTO Cuando su bobinado primario se conecta a un generador de corriente alterna de tensión Vp circula una corriente Ip que creará un flujo magnético variable a lo largo del núcleo (chapas magnéticas). Si al otro lado del núcleo se encuentra otra bobina (circuito secundario) cuyos extremos están conectados a un receptor, se inducirá en ésta una tensión de valor Vs y de intensidad Is.

Supongamos que se construye un núcleo de hierro. Si en un extremo del núcleo se enrolla un cable para formar una bobina A, y por ésta circula una corriente eléctrica, entonces resulta que el campo magnético producido por esta corriente (según la ley de Ampère) queda confinado dentro del núcleo de hierro; prácticamente no hay campo fuera del núcleo. Esto ocurre si el núcleo está construido de sustancias llamadas ferromagnéticas, como el hierro, cobalto, etc. Ahora bien, si la corriente que circula por la bobina varía con el tiempo, entonces el campo magnético producido también variará, y por tanto también cambiará el flujo de este campo a través del núcleo. Si ahora se enrolla otra bobina, la B, en otra parte del núcleo, entonces, de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday sabemos que se inducirá una corriente a lo largo de la segunda bobina. A la bobina A se le llama el primario y a la B el secundario. Las características de la corriente inducida en B dependen del número de espiras que hay en cada una de las bobinas. Mientras mayor sea el número de espiras en el secundario, mayor será el voltaje inducido en él.

6.CONSTRUCCION DE LOS TRANSFORMADORES Para realizar la construcción del transformador tendremos la necesidad de diseñar y construir un transformador que reúna características para casos especiales. Sin duda, lo más fácil y práctico es comprar un transformador nuevo, para reponer el que se haya quemado, pero en algunos casos, no es posible encontrar uno idéntico, por lo que tenemos que recurrir al diseño y construcción del mismo, basándonos en las especificaciones que se requieran. 7.TIPOS DE NUCLEOS: El núcleo de los transformadores de fuerza puede ser de dos tipos, de acuerdo a su forma, tipo D y B o de barra central.

8. DISEÑO DEL TRANSFORMADOR Y CÁLCULO DEL CALIBRE DEL ALAMBRE PARA LOS DEVANADOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS Nuestro primer paso en el diseño es considerar el circuito en el cual va a usarse y saber con certeza el número de vatios, o sea la potencia. Para esto usaremos la fórmula siguiente: W= V x A (VATIOS = VOLTIOS x AMPERIOS) Ahora diseñemos uno: 30 voltios y 5 amperios, ejecutemos la fórmula: 5 x 30 = 150 vatios.

SECUNDARIO

PRIMARIO

I=5 A 1.36A

I=?

V=30 v

v=110 v

P=30x5=150w

I=150w / 110=1.36ª

Hallamos el calibre del devanado secundario y del primario basándonos en la tabla AWG, para el secundario 5ª # 16 y para el primario 1.36 A # 21

AWG

SECCION CM2

CARGA ELECTRICA EN AMPERIOS

7

3.67

44.2

8

3.26

33.3

9

2.91

26.5

10

2.59

21.2

11

2.30

16.6

12

2.05

13.3

13

1.83

10.5

14

1.63

8.3

15

1.45

6.6

16

1.29

5.2

17

1.15

4.1

18

1.02

3.2

19

0.91

2.6

20

0.81

2.0

21

0.72

1.6

22

0.65

1.2

23

0.57

1.0

24

0.51

0.8

25

0.45

0.6

26

0.40

0.5

27

0.36

0.4

28

0.32

0.3

29

0.28

0.26

30

0.25

0.20

9. DISEÑO DEL NUCLEO: El tamaño del núcleo que debemos emplear, lo encontraremos por medio de la siguiente fórmula. √ P raíz cuadrada de la potencia que es el área que necesitamos para el núcleo, tenemos la constante del largo de la chapa que es 3.2.cm debemos encontrar el ancho lo podes variar aumentando o disminuyendo las chapas que no lo tenemos. √150=12.24cm2 que es el área 3.2cm. X que es el ancho Entonces 3.2 cm que estaba multiplicando pasa a dividir con el área y con esta operación encontramos el ancho de nuestro núcleo. X=12.24 cm2 / 3.2cm=3.9 cm de ancho Para encontrar el área total multiplicamos el largo x el ancho 3.2 X 3.9=12.48 cm2 área total Para encontrar la potencia total de nuestro núcleo multiplicamos el área X área 12.48 x 12.48=155.7w Total

10. NUMERO DE VUELTAS POR VOLTIO: Ahora pasemos a obtener el número de vueltas por voltio, en relación a la sección del núcleo que en este caso es de = 12.24 cm2, lo podemos encontrar con la fórmula siguiente: Vueltas por voltio y teniendo en cuenta la constante de 42 espiras operamos de la siguiente manera. NE=42 constante / 12.24 cm2 área 42 / 12.24 = 3.4 vueltas Con este valor podemos encontrar las vueltas por voltio para cada devanado 110 x 3.4 =374 vueltas para el primario 30 x 3.4 =102 vueltas para el secundario

11. CONSTRUCCIÓN DEL TRANSFORMADOR Se procede a preparar el alambre de magneto por lo general los transformadores traen cables normales recubiertos de caucho a la entrada y salida de corriente, y no se ve el alambre de cobre desde el exterior, ya que en su interior hay uniones entre el alambre y los cables de salida. Recordemos que el alambre magneto trae un recubrimiento de barniz dieléctrico que lo aísla de la electricidad y de la humedad. Por esta razón es necesario pelar unos cinco milímetros de la punta entes de comenzar a embobinar el devanado primario y de esta manera soldarle un trozo de cable, que servirá como conexión con el exterior. Se debe utilizar lija o una cuchilla para retirar el barniz y descubrir el cobre. Se estaña el alambre magneto y el cable encauchado, después se procede a soldar con el cautín. El cable encauchado al ser más dúctil que el magneto, nos permite manipular el transformador sin riesgo de que se parta o se fisure. Procedemos a bobinar el transformador devanado por devanado sobre la fórmatela teniendo en cuenta las vueltas que se deben realizar para cada uno de ellos. La bobinada debe hacerse de una forma correcta y en orden tratando de hacer los más uniforme posible el mismo y ejerciendo la suficiente presión y fuerza sin llegar al punto de ruptura para no dejar espacios entre el alambre de cobre.

Una vez correctamente bobinado se envuelve los devanados con papel parafinado como protección y aislamiento de los mismos.

Procedemos con la colocación de las chapas para formar el núcleo del bobinado se debe colocar primeros las chapas en forma de E intercaladas una a una y después se deben colocar las chapas en forma de I en la parte superior llenando los espacios vacíos y ajustando lo más posible con ayuda de un pequeño martillo

Colocar un fusible para realizar la prueba del transformador terminado como protección para prevenir el daño del mismo. 12. CONCLUSIÓNES Y RECOMENDACIÓNES Los transformadores son inventos que funcionan en corriente alterna (C.A.) y no pueden ser utilizados con corriente directa (C.D.), ya que son dispositivos que funcionan con principios de corriente. La fabricación de un transformador se debe hacer con mucho cuidado y teniendo en cuenta todos los cálculos tomando en cuenta todos los parámetros a los cuales van a ser sometidos nuestro transformador. Si se retira las conexiones directamente del alambre magneto, se puede correr el riesgo de que se quiebre la salida del transformador y se debe desarmar, soldar y volver a cerrar el transformador. Para un correcto funcionamiento se debe verificar que exista continuidad entre los terminales del transformador ya que no debe existir ningún problema entre estos ya que la corriente se puede perder y no existirá la inducción mutua. Al momento de bobinar se recomienda poner una marca cada 100 vueltas para así si se llegara a perder la cuenta volver a un punto de restauración. de acuerdo a todo lo denotado en el documento se puede concluir que para el ensamblaje del transformador lo primordial será realizar los cálculos con el núcleo que se dispone ya que de acuerdo a esto dependerá toda la inducción que existirá en toda la transformación de voltaje en este casa la reducción

13. BIBLIOGRAFÍA

[1 EERSAA, Redes subterraneas Manual de Construccion, Ecuador, 2014. ] http://www.eerssa.com/pdfs/2014/redes_subterraneas/2MANUAL_DE_CONST RUCCION.pdf

[2 PROLECGE, Manual de instalacion de Transformadores, Ecuador, 2012. ] http://www.prolecge.com/pdf/manuales/es/DT_Sbest_PC-G-1002.pdf

[3 Transformadores: Tipos y Aplicaciones, Ecuador, 2014. ] http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/gral_tipos_y_aplicacioes.htm