Construya su Propio TransformadorPor 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

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

hay suficientes placas para sobreponerlas

hasta formar un espesor de 1 3/4". El área del

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 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

DESPUES DE estudiar detenidamente la

conformación básica del transformador,

detallada en la Parte I, que apareció en

nuestra edición del mes pasado, debe usted

proceder a la construcción del transformador

mismo. A pesar de que la información que se

suministra aquí puede aplicarse a la

construcción de transformadores de otros

tamaños y tipos, los cálculos dados deben

seguirse como guía.

El primer paso en la construcción del

transformador consiste en escoger o hacer el

núcleo de hierro laminado. Las piezas

corrientes de hierro en forma de E pueden

comprarse para tal. fin, o bien pueden

obtenerse de un transformador quemado. El

núcleo también puede construirse de tiras de

lámina metálica. En ambos casos debe

saberse de antemano cuál será el tamaño de

la bobina acabada, a fin de comprobar si las

aberturas de las ventanas en el núcleo tienen

un claro suficiente. La bobina consistirá de un

devanado primario dé alambre y de otro

secundario; se envuelven varias capas de

papel aislador y una cubierta de cinta

aisladora blanca de algodón alrededor de la

bobina acabada.

Para calcular el área seccional de las bobinas

de alambre, véase la tabla, Fig. 7, de la Parte

I. El alambre No. 19 que se usa para el

devanado primario tiene 665 vueltas por

pulgada cuadrada. Al dividir las 300 vueltas

necesarias entre 665, obtenemos .451

pulgadas cuadradas. El alambre No. 23 tiene

1600 vueltas por pulgada cuadrada. Si

dividimos 636 entre 1600, el resultado

será .397 pulgadas cuadradas. Al sumar estas

dos cifras obtenemos un total de .848

pulgadas cuadradas, que es lo que se

necesita para las bobinas de alambre. Un

espacio adicional de un 25 por ciento del área

necesitada para los alambres (en este

caso .212 pulgadas cuadradas) será suficiente

para acomodar el material aislador.

Esto dará un total final de 1.06 pulgadas cuadradas para el espacio de ventana requerido por la

bobina acabada. Como las aberturas de las ventanas en las piezas de hierro escogidas para este

transformador, Fig. 9, son de 5/8" x 1 7/8", ó 1.17 pulgadas cuadradas, la bobina debe caber

ajustadamente, siempre que el alambre se encuentre devanado de una manera bien apretada.

Para devanar la bobina, será necesario

utilizar una forma como la que se muestra

en la Fig. 10. Las dimensiones de la forma

deben calcularse de una manera cuidadosa

en relación al tamaño de las láminas. Las

dimensiones que se suministran resultan

convenientes para las láminas que se

muestran en la Fig. 9. La bobina puede

devanarse a mano o con un taladro de

mano fijado en posición con un tornillo de

banco. Sin embargo, puede realizarse un

ahorro considerable de tiempo si la forma

se monta en un torno equipado con un

contador de vueltas. El contador, que se

muestra montado en la bancada del torno,

Fig. 8, es impulsado por una banda de

caucho, de ajuste apretado, obtenida de

una aspiradora al vacío, que se coloca

sobre una polea de madera con un diámetro

de 1 pulgada en el árbol del cortador, y

sobre una ranura torneada en el mazo del

mandril del torno. El bloque central de la

forma se envuelve primero con una vuelta

de papel flexible para armadura, de un

grueso de .010 a .015 pulgadas. El extremo

inicial de la bobina de alambre, cuyo largo

debe ser de 6", se coloca dentro de una

Para un aislamiento mejor, el extremo final de la bobina

descansa sobre un trozo de cinta

Para determinar cuánto espacio queda para la bobina

secundaria, sostenga la lámina contra la bobina

manga de material aislador de algodón.

Después de devanar las 300 vueltas de la

bobina primaria, corte el alambre, dejando

unas 6 pulgadas adicionales para formar un

contacto. Cubra este contacto con una

manga de algodón y páselo por una ranura

en el lado estrecho de la forma, como se

indica en la Fig. 10. Luego se coloca una

tira de cinta aisladora a lo ancho de la capa

superior de alambre y bajo el contacto con

manga, Fig. 11, para un aislamiento mejor.

Llegado este momento, puede hacerse una

prueba rápida con colocar una de las

láminas en forma de E contra la bobina,

como se muestra en la Fig. 12, observando

el diámetro de la bobina en relación a las

aberturas de las ventanas en el núcleo.

La cuerda para atar la bobina se pasa por las ranuras con un

alambre doblado en uno de sus extremos

Podrá obtenerse un devanado más uniforme y perfecto si se emplea un martillo y un bloque de

madera para golpetear las vueltas ligeramente después de devanar cada capa; a fin de que el

alambre se ajuste en forma apretada; Otro bloque de madera, colocado debajo de la forma y

montado sobre la bancada del torno, constituirá un soporte adecuado mientras se golpetean las

vueltas de alambre.

Después de devanar ambas bobinas, se

quitan la forma y las bobinas del torno y se

introducen cuatro trozos de cuerda por las

cuatro ranuras y muescas de la forma,

utilizando para ello un alambre, como se

muestra en la Fig. 13. A continuación, las

bobinas se atan firmemente entre sí y la

forma se quita. Debe tenerse sumo cuidado

al quitar el bloque central, a fin de evitar que

se altere la forma de las bobinas. Después

de esto, las bobinas se envuelven con cinta

aisladora de algodón blanco para bobina,

de 3/4" como se ilustra en la Fig;14. Corte y

quite las cuerdas una a la vez, a medida

que la cinta aisladora se aproxime a ellas, y

asegure el extremo de la cinta aisladora con

una aguja é hilo. El próximo paso consiste

en sumergir las bobinas en barniz aislador;

Use barniz de secamiento al airé y permita

que la bobina se sumerja como unos cinco

minutos para que se impregne bien..

Después, cuélguela para que seque por

varios días, dentro de un sitio seco y

caliente. Si la bobina, después de secar,

resulta demasiado grande para ajustarse

dentro de las aberturas de las ventanas en

las láminas, vuelva a insertar el bloque

central de la forma para devanar y

comprima la bobina en un tornillo de banco,

entre dos piezas dé madera, como en la

Fig. 15. Antes de montar las láminas del

núcleo,. coloque trozos delgados de fibra

sobre los lados y bordes de la bobina que

serán cubiertos por el núcleo.

Las láminas se colocan alrededor de la

bobina en posición alternada. Esto se

realiza con colocar la parte central de la

lámina en forma de E en la abertura del

núcleo, como en la Fig. 16. Luego se

empalma una 1ámina recta contra los

bordes de la lámina en forma de E, en el

lado opuesto de la bobina, A. continuación,

la parte central de la segunda lámina se

inserta en la abertura del núcleo, en el lado

opuesto a donde se colocó la lámina en

forma de E anterior. De esta manera, las

láminas se colocan en una posición

Las bobinas acabadas se envuelven con cinta aisladora de

algodón. Al llegar a las cuerdas, quitelas

Si la bobina es muy grande y no se ajusta en las ventanas de las

láminas, comprímala en un tornillo

Al armarse el núcleo y la bobina, las láminas en forma de E se

alternan con las rectas lado a lado

alternada hasta obtener la altura necesaria.

El próximo paso consiste en hacer cuatro

ménsulas angulares, usando para ello

hierro plano de 3/16". Se perforan dos

agujeros en cada ménsula, 10s cuales

deben coincidir con los agujeros en las A fin de eliminar zumbidos en el transformador a causa de láminas sueltas, corte dos trozos de

fibra dura al ancho de las patas centrales de la lámina e introduzca aquellos a presión entre la

lámina y la bobina, en ambos lados. El último paso para finalizar la construcción del transformador

consiste en soldar lengüetas de conexión a los extremos de los cuatro alambres de contacto. Un

transformador diseñado y construido de una manera cuidadosa tal como se indica en estas

instrucciones y en la Parte I, debe funcionar eficientemente, con sólo un alza moderada de

temperatura y un bajo consumo de corriente eléctrica.