Download - Hágalo Usted Mismo Construya su Propio Transformador - Parte I - El Diseño - Mi Mecánica Popular
-
Construya su Propio TransformadorPor H arold P. Strand PARTE I - EL D ISEO
EL DISEAR y construir pequeos transformadores monofsicos, como los empleados por
experimentadores en electricidad y radio-tcnicos, constituye una ocupacin 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 ms
econmico el construir 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 un transformador de automvil, o compuesto de dos bobinas separadas, como en las Figs.
1 y 5. Este ltimo 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 la energa, se llama "bobina secundaria," o "secundario," y tendr mayor o menor
nmero de vueltas que el primario, segn el caso. El ncleo se compone de placas o lminas de
acero de silicio, pues la inversin constante del flujo de la corriente alterna produce contra-
corrientes en un ncleo de hierro macizo. Por lo tanto, si se empleara un ncleo de hierro macizo,
se producira un recalentamiento en el transformador. El laminado tiende a quebrar dichas
contracorrientes.
Para resumir, la teora del funcionamiento de un transformador es la siguiente: El voltaje de la
lnea enva una corriente por el primario, producindose de ese modo el campo magntico (lneas
de fuerzas invisibles) dentro del ncleo de hierro. Como dicho ncleo tambin rodea al
secundario, el campo magntico, que aumenta y disminuye ala par de la corriente alterna,
atraviesa las espiras del secundario y, por las leyes de induccin magntica, induce un voltaje en
este devanado. Si se cierra el circuito del secundario mediante el agregado de una carga, fluir
-
una corriente en el mismo. El voltaje inducido en el secundario es directamente proporcional al
nmero de vueltas de ste, en comparacin con el nmero de vueltas del primario, a excepcin de
una ligera prdida que se explicar ms adelante. Por ejemplo, con 100 vueltas en la, bobina
primaria y 200 en la secundaria, al aplicarse 100 voltios al primario, se inducirn 200 voltios en el
secundario. El transformador tambin se regula por s mismo, es decir" automticamente.
Cuando se aplica el voltaje de lnea al primario, una fuerza electro-motora contrarrestante, o
voltaje, es inducida en ese devanado. Este voltaje es prcticamente igual al voltaje de las lneas
sin carga alguna. Estando el secundario abierto, este voltaje contrario impide que fluya corriente
en el primario, a excepcin de una 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 ncleo del transformador.
Cuando se conecta una carga al
secundario, la corriente inducida en l debe,
de acuerdo con la ley de Lenz, fluir en
direccin tal que se oponga al campo
magntico del ncleo. Esta oposicin tiende
a reducir la intensidad del campo
magntico, lo cual, a su vez; reduce la
contracorriente electro-motora. Como esta
ltima se opone al flujo de la corriente en el
primario, resulta evidente que, al reducirse,
se permitir que ms corriente fluya por el
primario, para satisfacer los requisitos de
un aumento de carga en el secundario. De
este modo, el transformador acta de un
modo similar a una vlvula reguladora
automtica. El primer paso que se debe
tener en cuenta al disear un transformador,
son las dimensiones del ncleo y su
relacin con una magnitud de voltamperios
o "capacidad nominal." Para beneficio del
diseador aficionado, la tabla No. 4 puede
ser usada como gua general. Esto no
quiere decir que se deba seguir siempre
exactamente; ya que, si se emplea menor
cantidad de hierro en el ncleo, deber
compensarse esta situacin con un mayor
nmero de vueltas en el primario. Puede
verse en la frmula, Fig. 6, que la relacin
entre la superficie del ncleo y el nmero de
vueltas es mantenida de modo que se
asegure una densidad magntica prudente
en el ncleo. Sin embargo, no es buena
prctica 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 ncleos para
transformadores con tiras rectas de acero
de silicio, las lminas corrientes de tipo E-
Fig. 3, que pueden obtenerse de un
transformador en desuso, resultan ms
convenientes. Lo que ms se debe tener en
cuenta, al disear un transformador, es el
espesor que se obtiene al sobreponer las
placas laminadas, medido como en la Fig.
2, la anchura de la seccin central, "A," en la
Fig. 3, y el rea de las aberturas.
El problema que generalmente confrontan
los aficionados es determinar el nmero de
vueltas y el espesor del alambre necesario
para producir un determinado voltaje con un
ncleo disponible determinado. Supngase,
por ejemplo, que la anchura de la seccin
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 rea del ncleo es la anchura de la
seccin central (1.25") multiplicada por el
espesor de la pila de placas (1.75") A y E,
Figs. 3 y 5, que equivale a 2.19 pulgadas
cuadradas. Usando la tabla de la Fig. 4,
vemos que esto corresponde a una
clasificacin de 125 voltamperios a 60
ciclos.
Si usamos el transformador con una lnea 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 clasificacin
de 125 voltamperios para el ncleo.
Para hallar el nmero exacto de vueltas en el devanado "primario" deber usarse la frmula de
la Fig. 6. Colocando los valores correspondientes, dicha frmula presentara la siguiente
forma:
En esta frmula, 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 rea del ncleo
65 000 son las lneas de fuerza por pulgada cuadrada del campo magntico.
-
En el resultado, 303 vueltas
pueden redondearse a 300.
El prximo paso es dividir
300 por el voltaje de lnea
(115) para 9btener el
nmero de vueltas por
voltio. Esto ser 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
nmero de vueltas.
Tambin debe
considerarse la
"regulacin," es decir, la
condicin que afecta al
voltaje de salida, desde la
falta de carga hasta la
carga total. Generalmente,
un aumento del 2% en el
nmero de vueltas
compensara esta
condicin. De manera que,
al aumentar las 600 vueltas
calculadas en un 6%, o sea
un total de 636 vueltas, se
obtendrn los 230 voltios
ntegros 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 milsimos
(mils) circulares tres
espacios hacia la izquierda,
es posible determinar
rpidamente la capacidad
de amperaje de cada
tamao. El "secundario"
manejara 0.5 amperios y,
en base a la tabla, el
alambre No.23, de 509
milsimos circulares, es el
tamao ms cercano. Para
determinar la corriente.. en
el primario, divida la
clasificacin de
voltamperios (capacidad
nominal) (1l5y por el voltaje
"primario" (115), resultando
esto en un amperio. Como
los transformadores nunca
funcionan con una eficacia
del cien por ciento, es
conveniente agregar un diez
por ciento, es decir, elevar
el total a 1.1 amperios. En
ese caso, el alambre
No.19, de 1288 milsimos
circulares, es el tamao
ms cercano. Este artculo
contina en el nmero
prximo de "Mecnica
Popular." En l se
suministrar informacin
detallada y completa con
respecto a la construccin
practica del transformador.