construya su propio transformador
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Técnica sencilla para construír un transformador casero.TRANSCRIPT
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.