Aprenda a Calcular y Construir Transformadores de Tensión

El transformador de tensión es una máquina eléctrica estática. Su función es la de transformar un cierta tensión en otra de distinto valor. Por ejemplo un transformador reductor podría tener una entrada de 220Vca y una salida de 12Vca. Está compuesto por dos bobinados uno llamado principal y otro llamado secundario. El bobinado principal (o de entrada) es al que se le aplica la tensión que queremos transformar, mientras que el bobinado secundario (o de salida) es que entrega la tensión transformada. Su funcionamiento se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday, donde una bobina, compuesta de muchas espiras (vueltas de alambre de cobre) al ser recorrida por una corriente genera un campo magnético. Este campo magnético es variable como la corriente que lo origina, lo que ocasiona que el bobinado secundario sea “cortado” por las líneas de campo magnético que genera el primario. Por este motivo es muy importante que un transformador sea alimentado con una corriente alterna, ya que si así no fuera la corriente continua no varía su valor de corriente a través del tiempo y el campo magnético generado sería continuo (como la corriente que lo origina), en este caso el secundario no sería inducido, ya que las líneas de campo magnético no “cortarían” al secundario.

En este proceso de transformación, la intensidad de corriente también varía, según la siguiente expresión:

Donde:
U1: es la tensión del primario
U2: es la tensión del secundario
I1: es la corriente del primario
I2: es la corriente del secundario
N1: es la cantidad de vueltas del primario
N2: es la cantidad de vueltas del secundario

Quiere decir que la corriente varía inversamente proporcional a la tensión. En un transformador reductor tendríamos una tensión mayor en el primario, con una baja corriente de entrada y podríamos obtener una tensión más menor, con una corriente mayor a la salida. En este proceso la potencia es constante en el primario y en el secundario, ya que la misma depende de:

En la práctica este valor no es exacto, ya que el transformador tiene pérdida por la resistencia propia de sus bobinas y en su núcleo por histéresis y corrientes de Foucault.

Pasos a seguir para el cálculo de un transformador de tensión

1) Determinar la potencia del transformador Para determinar la potencia del transformador que queremos construir, debemos centrarnos en el secundario. Conociendo el valor de tensión y corriente que necesitamos que entregue. Aplicamos la fórmula antes mencionada:

2) Determinar la sección del núcleo: La sección se determina por la potencia útil con la siguiente expresión:

4) Determinar la relación vueltas por volt:

4) Determinar la relación vueltas por volt:

Relación de vueltas x volt = S x 0.02112

5) Determinar la corriente máxima de cada bobinado:

6) Determinar el diámetro del alambre:

Pasos a seguir para la construcción del transformador de tensión

Una vez que se hayan terminado los cálculos, se deben adquirir los materiales para el armado:

Carrete
Laminación
Alambre de Cobre
Cartón Prespán
Barniz Aislante (Secado al aire)
Cinta de Papel
Varilla roscada, tuercas y arandelas
Papel de Lija

Las medidas del carrete y la laminación se obtienen de la superficie del núcleo.

Además se necesitarán cuatro chicotes de cable (para soldar con los alambres de entrada y salida), la sección dependerá de la corriente que necesiten manejar y herramientas: Bobinador, alicate, pinza, destornilladores, soldador, martillo y un tester para comprobar la continuidad de las bobinas finalizado el proyecto.

Bobinado y armado

Antes que nada se tiene que colocar el carrete en el bobinador, para eso se debe fabricar un taco de madera con la medida del núcleo. A este núcleo de madera se le debe realizar un orificio en el centro para poder sujetarlo al bobinador, es importante que este orificio sea exactamente de la misma medida que el vástago del bobinador, ya que si fuera de mayor tamaño el carrete se movería dificultando la tarea.

El paso siguiente será comenzar el bobinado, enrollando el alambre en capas, en el carrete. Se debe dejar el inicio del alambre pasado por uno de los orificios laterales que tiene el carrete, es recomendable dejar por lo menos 10cm de alambre para luego realizar las conexiones. Se bobina una capa sobre el carrete, teniendo en cuenta que los alambres de cada vuelta estén bien pegados a los de la vuelta anterior. Se repite este proceso hasta llegar al final de la primer capa.

Una vez que se termina de bobinar la primera capa, se debe colocar un aislante de cartón prespan para comenzar la nueva capa. Este aislante debe cubrir el ancho total del carrete tapando los alambres de la primera capa. La tira de aislante debe ser un poco más larga para poder sujetarla superponiendo 1 a 2 cm de cartón y sujetarlo con cinta de papel.

Una vez finalizado este proceso se procederá a bobinar una nueva capa, hasta completar el total de las vueltas que hemos calculado en los pasos anteriores. Es importante que entre capa y capa se coloque el cartón prespan, el cual reforzará la aislación del transformador. Cuando se finalicen las vueltas del primario, se debe sacar el otro extremo del alambre del mismo lado por donde se colocó la punta de inicio de ese bobinado.

Encima de este bobinado se comenzará a colocar el secundario, en este paso debemos cambiar de alambre (ya que si el transformador es reductor el alambre será más grueso). La punta de inicio del bobinado secundario se colocará en un orificio del carrete del lado contrario al que se encuentran las puntas del primario. Se repetirá el proceso anteriormente mencionado hasta completar la cantidad de vueltas de este bobinado.

Una vez finalizado el trabajo completo de bobinado y colocado la última aislación de cartón prespan. Procederemos a medir la continuidad de las bobinas. Tener en cuenta que el alambre tiene un barniz aislante, con lo cual debemos sacar este barniz de cada punta con un pedazo de lija media. Si las bobinas tienen continuidad seguiremos adelante.

Ahora es el turno del núcleo, se deben colocar primero las láminas con forma de E, insertando una de cada lado, hasta completar el carrete. Nos podemos ayudar con un martillo para colocar las últimas láminas. Luego de esto, se deben colocar las láminas en forma de I, que cubrirán los espacios que han quedado entre lámina y lámina de las E.

Completado este proceso, en algunos casos la laminación tiene orificios en sus extremos, que servirán para sujetar toda la laminación con un tornillo o varilla roscada.

Por último se debe aplicar el barniz. Lo recomendable es sumergir al transformador en una lata con barniz, sujetándolo con un alambre y luego dejarlo escurrir y secar sobre una rejilla. Se ha concluido el armado del transformador. Se debe volver a verificar la continuidad entre bobinas y probarlo.

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