5/10/2018 Transformador Monofásico - slidepdf.com

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Maquinas Eléctricas II

 Transformador monofásico, número de vueltas, núcleo de hierro,laminas, embobinado, calibre del cable, prueba de corto circuito y

 circuito abierto, lado primario y secundario. 

I.  INTRODUCCION.

El diseño y la construcción de transformadores monofásicos esun proceso de cálculo mediante el cual se trata de determinarsus dimensiones geométricas, para así obtener lascaracterísticas de funcionamiento deseadas por el diseñadorpara la aplicación en la que el transformador se usará.

En el ámbito del diseño es importante la secuencia lógica de

relaciones, que permiten determinar las dimensiones a partirde las especificaciones y de ciertos valores supuestos en base aexperiencia en diseños similares. Finalmente cuando se tieneel prototipo construido se procede al análisis para ver si sucomportamiento coincide con el comportamiento requerido yrepetición del proceso si es necesario corregir el diseño.

II.  MARCO TEORICO.

Un transformador es un dispositivo que transforma la energíaeléctrica de un nivel de tensión y corriente a otro nivel detensión y corriente mediante la acción de un campo

magnético. Un transformador elemental consiste de un núcleode hierro laminado sobre el cual se envuelve una bobina dealambre aislado. El núcleo se compone de placas o láminas deacero de silicio, pues la inversión constante del flujo de lacorriente alterna produce contra-corrientes en un núcleo dehierro macizo. Por lo tanto, si se empleara un núcleo de hierromacizo, se produciría un recalentamiento en el transformador.El laminado tiende a quebrar dichas contracorrientes. Encuanto al funcionamiento del transformador, si se le aplica unafuerza electromotriz alterna en el devanado primario circularauna corriente por el primario, produciéndose de ese modo elcampo magnético dentro del núcleo de hierro. Este campomagnético variable originará por las leyes de inducción

magnética un voltaje en este devanado las espiras delsecundario.

El sistema magnético estará formado por dos bobinas (una deprimario y otra de secundario) arrolladas sobre un carrete y unnúcleo ferromagnético formado por chapas magnéticas quepermitirá que el flujo común a ambas bobinas enlacemagnéticamente los circuitos de primario y secundario.

Figura1. Transformador monofásico (alzado-corte)

El circuito magnético de un transformador monofásico estcaracterizado por dos áreas o superficies características: eÁrea de Núcleo, Ac, que es la superficie de la columna centradel transformador, y el Área de Ventana, Av, que es lsuperficie del hueco o ventana que queda entre la columncentral y las laterales; en realidad es la superficie que estarocupado por los bobinados de primario y secundario, así compor los aislamientos. Las chapas magnéticas que se utilizarátienen forma de E y de I.

Figura2. Chapas magnéticas para fabricar el núcleo.

Conociendo las dimensiones anteriores, se podrá escribir quelas áreas definidas serán:

 

 

Donde D es la profundidad del núcleo y E es la longitud.

Diseño de un Transformador Monofásico

Edgar Caro (200023411), Johann Fernández de Castro (200025712), Gerardo Berdugo (200018746)

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III.  PROCEDIMIENTO Y DATOS.

Se ha adquirido una lámpara de 110w traída desde estadosunidos que trabaja a 220 V, se necesita utilizar esta lámparapero se tiene un sistema eléctrico que trabaja a 110 V, paraesto diseñaremos un transformador elevador de 110 a 220V de110 w de potencia.

Lo primero que se calculará es son las dimensiones del núcleoferromagnético, como la tensión de alimentación deltransformador será 110 VA y estamos trabajando en unsistema de 60hz por ende se procede a revisar las tablas de lasección.

Figura3. Normas para núcleo de un transformador. 

Ahora que ya tenemos la sección procedemos a hallar el restode las dimensiones de la ventana, como la sección es de 2,18pulgadas cuadradas lo que se busca es que esta sea una seccióndonde el ancho sea el doble del largo por lo tanto el E es igual

a 2 pulgadas.

Con este dato de E se procede a calcular la longitud de cadaparte del núcleo por ende quedara así:

Figura4. Medida de las chapas magnéticas.

Ahora se procederá a calcular el número de vueltas para ebobinado primario que se encuentra con la ecuación

 

Donde V es la tensión, f es la frecuencia eléctrica, A es lsección (en nuestro caso en pulgadas cuadradas) y Bm son lalíneas de fuerza de campo magnético por pulgadas cuadradaentonces el número de vueltas son:

 

Estas son el número de espiras que se necesitan en el primari

del transformador, para el secundario ahora en teoría snecesitarían el doble de vueltas para elevar la tensión, es deci400 vueltas pero usaremos un 3% adicional para compensar lcaída de tensión debido a la resistencia de los cables y esto eigual a 412 vueltas. Luego de esto se necesita tener localibres de los conductores para el transformador, ya teniendla potencia y las tensiones se encontrara la máxima corrientque pasara por este.

Para el primario

 

Para el secundario

 

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Ahora que se tienen las corrientes buscamos en la siguientetabla los calibres apropiados para el embobinado.

Figura5. Tabla de calibres para cables de embobinado. 

Debido a que los transformadores no funcionan con unaeficacia del 100% se asume un incremento en la corriente delprimario del 10% para que se entregue la potencia requeridaen el secundario el cual será el que alimente a la lámpara, esdecir, la corriente en el primario será de 1,1 A; entonces palael primario se necesitaran 200 vueltas de alambre de calibre

número 19 y para el secundario 412 vueltas de alambre decalibre número 23.

Después que se realizaron los cálculos teóricos se procedió arealizar el montaje del transformador, lo primero fue labúsqueda del núcleo y uno de las grandes dificultades fueencontrar uno con las mismas dimensiones del calculado, así que lo que se hizo fue buscar el más cercano a este, en nuestrocaso se encontró un núcleo con dimensiones muyaproximadas, casi las mismas de un transformador antiguo.

De este transformador se utilizó solo el núcleo así que sempezó a retirar lámina por lámina este para sacar eembobinado antiguo, este fue un proceso fácil pero largdebido a la cantidad de láminas que constituyen el núcleo.

Luego de este proceso se realizó la parte del bobinado con unbobinadora, esta facilitó el trabajo ya que se terminó much

más rápido que si se hubiera hecho manualmente, pero sdebía tener cuidado con la velocidad de que se hicieruniformemente de un lado al otro, cuando se terminó lprimera capa se colocó la siguiente encima debido a que loalambres vienen con un esmalte que aísla bajas corrientespara el secundario si se aíslo con una cinta especial y sprocedió a embobinar el secundario similarmente al primarioCuando se terminó el embobinado se aíslo el secundario parque no hiciera corto circuito con el núcleo ni con la carcasa deste. A continuación se muestra a cada integrante del grupembobinando los devanados primario y secundario detransformador.

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Ahora procedemos a realizar los cálculos de circuitoequivalente mediante las pruebas de circuito abierto y cortocircuito

Pruebacircuitoabierto

Prueba cortocircuito

Tensión(V) 221 5,5

Corriente(mA) 160 500

Potencia(W) 3,5 0,5

Figura6. Circuito Equivalente del Transformador.

  Circuito abierto

 

 ,  

 

 

 

  Corto circuito

ɸ=-

=79,5 °

 

   Eficiencia

Vin=113V Iin=1,058A

Vout=220V Iout=0,503A

 

   Regulación (a un factor de potencia de 1)

 Rv =

 

IV.  CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES.

A la hora de armar el transformador monofásico según lo quse diseñó se debe tener en cuenta varios aspectos importanteuno de esos aspectos es a la hora de embobinar tanto eprimario como el secundario; el embobinado se debe hacer d

un lado a otro, de tal manera que al terminar el número dvueltas calculadas para cada lado del transformador, la bobinquede de manera uniforme, esto con el fin de dejar untolerancia de distancia entre en el embobinado y las láminadel núcleo para garantizar que el transformador funcioncorrectamente y evitar un corto circuito con las láminas denúcleo.

Adicionalmente cuando se va a embobinar un transformadoen donde la corriente máxima nominal que circulara epequeña, no importa si los cables de las bobinas tanto deprimario están encima unos de otros, de igual manera con esecundario puesto que el mismo cable tiene un esmalte qu

funciona como un aislante porque el calibre del cable usadpara las bobinas soporta la corriente máxima nominal qumaneja el transformador. Ahora bien, cuando se construyetransformadores de mayor capacidad ( mayor corrientevoltaje, potencia) los cables del embobinado no pueden ir unoencima de otros puesto que el aislamiento no resistirá lcorriente máxima nominal, causando puntos calientes en etransformador y eso es algo que se quiere evitar; para escuando ya se forma la primera capa del embobinado, es decicuando ya no se pueden dar más vueltas en el carrete se lcoloca un aislante y se continua con el proceso dembobinado. Para resumir entre capa y capa de embobinad

debe haber un aislante, hasta culminar las vueltas respectivatanto del primario como del secundario del transformador.

V.  AGRADECIMIENTOS

Nuestros agradecimientos a la empresa Jorge León Bedoycia. en donde se llevó a cabo todo el desarrollo detransformador y además, agradecimientos a Joe FabiáMartínez y Ricardo Manjarres que fueron las personaencargadas de velar por nuestra seguridad dentro de lainstalaciones y de guiar al grupo a lograr el objetivo d

realizar el transformador.

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VI.  REFERENCIAS

  CHAPMAN, Stephen. Máquinas Eléctricas. 4ª Ed.McGraw Hill.

  Diseño y fabricación de un transformadormonofásico, realizado en febrero del 2010,consultado el 16 de septiembre del 2011http://www.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/ Trabajo_09_10.pdf  

 

 

Construya su Propio Transformador - Parte I - ElDiseño, realizado en abril de 1950, consultado el 16de septiembre del 2011 http://www.mimecanicapopular.com/verhaga.php?n=18 

  Transformador, realizado el 10 de septiembre del2011, consultado el 16 de septiembre del 2011http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador#Funcionamiento