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.: Artculo de Mecnica Popular :.

Construya su Propio Transformador - Parte I - El DiseoNota de 1950

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Construya su PropioTransformador

Por Harold P. Strand PARTE I - EL D ISEO

EL DISEAR y construir pequeos transformadores monofsicos, como los empleados porexperimentadores en electricidad y radio-tcnicos, constituye una ocupacin interesante e instructiva.Aun cuando es posible comprar transformadores de voltajes corrientes, con frecuencia se requierenvoltajes especiales para tareas experimentales o aparatos nuevos. Es mucho ms econmico elconstruir uno mismo tal transformador que encargar su construccin a terceros.Un transformador elemental consiste de un ncleo de hierro laminado sobre el cual se envuelve una

bobina de alambre aislado. Esta bobina puede ser de devanado simple, con empalmes, como untransformador de automvil, o compuesto de dos bobinas separadas, como en las Figs. 1 y 5. Esteltimo tipo de devanado, siendo el ms comn, ser discutido en este artculo.Como se indica en la Fig. 5, una de estas bobinas lleva el nombre de "bobina primaria," ,o "primario"simplemente, y est conectada a la entrada de corriente. La segunda bobina, desde la cual se toma laenerga, se llama "bobina secundaria," o "secundario," y tendr mayor o menor nmero de vueltas queel primario, segn el caso. El ncleo se compone de placas o lminas de acero de silicio, pues lainversin constante del flujo de la corriente alterna produce contra-corrientes en un ncleo de hierromacizo. Por lo tanto, si se empleara un ncleo de hierro macizo, se producira un recalentamiento en eltransformador. El laminado tiende a quebrar dichas contracorrientes.Para resumir, la teora del funcionamiento de un transformador es la siguiente: El voltaje de la lneaenva una corriente por el primario,producindose de ese modo el campo magntico (lneas de fuerzasinvisibles) dentro del ncleo de hierro. Como dicho ncleo tambin rodea al secundario, el campomagntico, que aumenta y d isminuye ala par de la corriente alterna, atraviesa las espiras del secundario


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y, por las leyes de induccin magntica, induce un voltaje en este devanado. Si se cierra el circuito delsecundario mediante el agregado de una carga, fluir una corriente en el mismo. El voltaje inducido enel secundario es directamente proporcional al nmero de vueltas de ste, en comparacin con elnmero de vueltas del primario, a excepcin de una ligera prdida que se explicar ms adelante. Porejemplo, con 100 vueltas en la, bobina primaria y 200 en la secundaria, al aplicarse 100 voltios alprimario, se inducirn 200 voltios en el secundario. El transformador tambin se regula por s mismo, esdecir" automticamente. Cuando se aplica el voltaje de lnea al primario, una fuerza electro-motoracontrarrestante, o v oltaje, es inducida en ese devanado. Este voltaje es prcticamente igual al voltaje delas lneas sin carga alguna. Estando el secundario abierto, este voltaje contrario impide que fluyacorriente en el primario, a excepcin de un a cantidad muy pequea. Por consiguiente, un transformador

sin carga no toma casi corriente alguna de la lnea. La pequea corriente que toma se denomina"corriente excitadora" y sirve para producir el campo magntico en el nc leo del transformador.

Cuando se conecta una carga al secundario,la corriente inducida en l debe, de acuerdocon la ley de Lenz, fluir en direccin tal que seoponga al campo magntico del ncleo. Estaoposicin tiende a reducir la intensidad delcampo magntico, lo cual, a su vez; reduce lacontracorriente electro-motora. Como estaltima se opone al flujo de la corriente en elprimario, resulta evidente que, al reducirse, se

permitir que ms corriente fluya por elprimario , para satisfacer los requisitos de un


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modo, el transformador acta de un modosimilar a una vlvula reguladora automtica. Elprimer paso que se debe tener en cuenta aldisear un transformador, son las dimensionesdel ncleo y su relacin con una magnitud devoltamperios o "capacidad nominal." Parabeneficio del diseador aficionado, la tabla No.4 puede ser usada como gua general. Estono q uiere decir que se deba seguir siempreexactamente; ya que, si se emplea menor

cantidad de hierro en el ncleo, debercompensarse esta situacin con un mayornmero de v ueltas en el primario. Puede verseen la frmula, Fig. 6, que la relacin entre lasuperficie del nc leo y el nmero de vueltas esmantenida de modo que se asegure unadensidad m agntica prudente en el ncleo.Sin embargo, no es buena prctica el usar unacantidad excesiva de hierro o cobre, si han deconsiderarse las fugas y la eficiencia deltransformador. Aun cuando se puedenconstruir ncleos para transformadores contiras rectas d e acero de silicio, las lminascorrientes de tipo E- Fig. 3, que puedenobtenerse de un transformador en desuso,

resultan ms convenientes. Lo que ms sedebe tener en cuenta, al disear untransformador, es el espesor que se obtiene alsobreponer las placas laminadas, medidocomo en la Fig. 2, la anchura de la seccincentral, "A," en la Fig. 3, y el rea de lasaberturas.El problema que generalmente confrontan losaficionados es determinar el nmero devueltas y el espesor del alambre necesariopara producir un determinado voltaje con unncleo disponible determinado. Supngase,por ejemplo, que la anchura de la seccincentral de las placas d isponibles mida 1 1/4",

una de las aberturas mida 5/8" x 1 7/8" y quehay suficientes placas para sobreponerlashasta formar un espesor de 1 3/4". El rea delncleo es la anchura de la seccin central(1.25") multiplicada por el espesor de la pila deplacas (1.75") A y E, Figs. 3 y 5, que equivalea 2.19 pulgadas cuadradas. Usando la tablade la Fig. 4, vemos que esto corresponde auna c lasificacin de 125 voltamperios a 60ciclos.

Si usamos el transformador con una lnea de 115 voltios y fuese preciso obtener 230 voltios a 0.5amperios en las salidas del secundario, debemos multiplicar 230 x 0.5, obteniendo entonces 115voltamperios, lo cual se encuentra lo suficientemente adentro de la clasificacin de 125 voltamperiospara el ncleo.

Para hallar el nmero exacto de vueltas en el devanado "primario" deber usarse la frmula de laFig. 6. Colocando los valorescorrespondientes, dicha frmula presentara la siguiente forma:

En esta frmula, 10^8 toma el lugar de 100,000,000115 es el voltaje primario4.44 es un factor60 es la frecuencia2.19 es el rea del ncleo65 000 son las lneas de f uerza por pulgada c uadrada del campo magntico.


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En el resultado, 303 vueltaspueden redondearse a 300.El prximo paso es dividir300 por el voltaje de lnea(115) para 9btener el nmerode vueltas por voltio. Esto

ser de 2.61aproximadamente. Lasvueltas necesarias en elsecundario, para cualquiervoltaje d e salida, s ecalcularan multiplicando 2.61por el voltaje deseado. Eneste caso, se quieren obtener230 voltios, de manera que:230 x 2.61=600 vueltas. Lasfugas que se producen en elacero o cobre, que debentenerse en cuenta, puedencom pensarse con unaumento de un 4% en el

nmero de vueltas. Tambindebe considerarse la"regulacin," es decir, lacondicin que afecta alvoltaje de salida, desde lafalta de carga hasta la cargatotal. Generalmente, unaumento del 2% en elnmero de vueltascompensara esta condicin.De manera que, al aumentarlas 600 vueltas calculadas enun 6%, o sea un total de 636vueltas, se obtendrn los 230voltios ntegros con una

carga de 0.5 amperios.La tabla de la Fig. 7, muestrala superficie seccional de losalambres de cobre. Si semueve el punto decimal en lacolumna de milsimos (mils)circulares tres espacios h acia


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cada tamao. El "secundario"manejara 0.5 amperios y, enbase a la tabla, el alamb reNo.23, de 509 milsimoscirculares, es el tamao mscercano. Para determinar lacorriente.. en el primario,divida la clasificacin devoltamperios (capacidad

nominal) (1l5y por el voltaje"primario" (115), resultandoesto en un amperio. Comolos transformadores nuncafuncio nan c on una eficaciadel cien por ciento, esconveniente agregar un diezpor ciento, es decir, elevar eltotal a 1.1 amperios. En esecaso, el alambre No.19, de1288 milsimos circulares, esel tamao ms cercano. Esteartculo contina en elnmero prximo de"Mecnica Popular." En l sesuministrar informacindetallada y completa conrespecto a la construccinpractica del transformador.

Fuente: Revista Mecnica Popular - Volumen 6 - Abril 1950 - Nmero 4

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