tutorial transformador elc3a9ctrico

CONALEP TEHUACN. PTB EN MECC. OPERACIN DE CRCUITOS ELECTRNICOS ANALGICOS

MECC 2202 TUTORIAL ING. JONATHAN QUIROGA TINOCO. http://bit.ly/zonaEMEC

INSTRUCCIONES

1. Lea de manera detenida las siguientes hojas, si no entiende algn trmino elabore un glosario y

posteriormente se resolvern esas dudas.

2. Realice un apunte con los datos ms importantes, los diagramas y ejemplos cpielos

directamente porque son necesarios. Esto se tomar como evidencia.

3. Al final del apunte elabora un formulario con las frmulas utilizadas y despeje esas frmulas

como se realiz en la clase pasada. Esto se tomar como evidencia.



EL TRANSFORMADOR ELCTRICO

El Transformador Ideal

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente

alterna que tiene a su entrada en otra diferente amplitud, que entrega a su salida.

Se compone de un ncleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de

alambre conductor.

Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:

Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y Bobina secundaria o

"secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.

- La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que har circular, por ella, una corriente alterna.

- Esta corriente inducir un flujo magntico en el ncleo de hierro.

- Como el bobinado secundario est arrollado sobre el mismo ncleo de hierro, el flujo magntico

circular a travs de las espiras de ste.

- Al haber un flujo magntico que atraviesa las espiras del "Secundario", se generar por el

alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habra una corriente si hay una

carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor).

La razn de transformacin del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del

nmero de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el triple del

primario. En el secundario habr el triple de voltaje. La frmula:

Entonces:Vs = Ns x Vp / Np



Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del nmero de espiras de cada

bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la

que se obtiene de l, se desprecian las perdidas por calor y otras), entonces:

Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps

Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia

usando la siguiente frmula.

Potencia = voltaje x corriente

P = V x I (en watts)

Aplicando este concepto al transformador y como

P(bobinado pri) = P(bobinado sec)

entonces...

La nica manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando el voltaje se

eleve, la corriente se disminuya en la misma proporcin y viceversa. Entonces:

As, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:

- Ip (la corriente en el primario),

- Np (espiras en el primario) y

- Ns (espiras en el secundario)

se utiliza siguiente frmula: Is = Np x Ip / Ns



El Transformador Real

Normalmente en los diseos y anlisis donde se utilizan transformadores, es muy comn utilizar las caractersticas de ste como si fuera un transformador ideal

Esto significa que: - No tiene prdidas por calor - No hay cadas de voltaje en los bobinados de los arrollados - No hay capacitancias debido a los bobinados - No hay prdidas por histresis en el ncleo, etc.

Cuando es necesario tomar en cuenta estos parmetros se utilizan circuitos equivalentes.

A. Para transformadores de potencia o de audio

Los valores son: - Rp: es la resistencia del bobinado primario medida directamente con un multmetro. - Rs: es la resistencia del bobinado secundario medida directamente con un multmetro.

En este caso el efecto piel se puede despreciar (el efecto piel causa que el valor de la resistencia se incremente dependiendo de las dimensiones del conductor)

Lp y Ls (los bobinados primario y secundario) se comportan como en un transformador ideal.

Esto significa que: - Cualquier tensin que haya en el bobinado primario aparecer en el secundario modificado en un factor 1/n. - Cualquier corriente que haya en el bobinado secundario aparecer en el secundario modificada en un factor n. - Una impedancia a travs de Ls se refleja en Lp multiplicada por un factor igual a 1/n2. (ver transformador ideal)

Donde n: es la razn de transformacin o razn de vueltas entre los bobinados primario y secundario

La resistencia Rh representa las prdidas por histresis en el ncleo. Usualmente es varias veces mayor en magnitud que la reactancia XLp. (reactancia del bobinado primario). Dependiendo de su magnitud se podra despreciar.



B. Para transformadores de vdeo y RF

En este caso el efecto piel no es despreciable y hace que los valores de Rs y Rp sea mayores que los valores de medicin directa en los bobinados.

Se supone que son transformadores que no tienen un acoplamiento magntico perfecto debido a que tienen ncleo de aire o ferrita.

El subndices k indica acoplamiento y el subndice L fugas en las reactancias. As: - LP = LPL + LPk - LS = LSL + LSk - k = LPk / LP = LSk / LS

Valores de k (ndice de acoplamiento) para transformadores con ncleo de aire: - k = 0.95 : cuando el arrollamiento de los bobinados estn juntos (dos cables arrollados juntos) - k = 0.90: cuando el arrollamiento primario est sobre el secundario - k = 0.35: cuando los arrollamiento estn uno despus del otro y su longitud es igual a la mitad del dimetro - k = 0.10: cuando los arrollamiento estn uno despus del otro y su longitud es igual a 2 dimetros

CP y CS representan las capacitancias de los arrollamientos que van de 0.01 a 0.02 pF por vuelta.



Clculo de un transformador

Tutorial que muestra el mtodo a seguir para el bobinado de un transformador cuando se tiene el ncleo y se conocen los voltajes para el primario y el secundario.

Frmula: rea= A X B

Siendo A = 4 cm y B = 5 cm, entonces: rea = 4 cm x 5 cm = 20 cm

Constante: (K) = 37.54

Espira = Significa una vuelta en el carretn.

Frmula = K / rea = Espiras x voltios

(Tambin AREA = Seccin del ncleo = SN)

Ejemplo: 37.54 / 20 = 1.877 espiras por voltio

As que si queremos un transformador de 120V a 18V, tenemos:

1.877 x 120v = 225.24 espiras en el embobinado primario 1.877 x 18v = 33.78 espiras en el embobinado secundario

Frmula para la potencia mxima: (AREA)

Siendo rea = 20cm, entonces; Potencia mxima = (20) = 400 Watts o Vatios

Por la ley de potencia : I = W /V, tenemos que:

IP (corriente en el primario) = 400/120 = 3.33 Amperes que nos da: AWG # 18 (calibre del cable) IS (corriente en el secundario) = 400/18 = 22.2 Amperes que nos da: AWG # 10 (calibre del cable)

Uso de alambres segn su amperaje



Mtodo para determinar el nmero de pies de alambre en los bobinados de un transformador.

1- Se elige cual bobina va primero en el carrete, si es el primario o el secundario. 2- Se mide una espira en el carrete en centmetros. 3- Se dividen los centmetros de la espira obtenida anteriormente por un pie, el cual equivale a 30.34 cm y el resultado ser una constante la cual da pies por espira. 4- La constante se multiplica por el nmero de espiras del embobinado que vaya primero y al resultado se le aumenta un 15 %, porque ir creciendo y as se obtiene los pies de la primera bobina. 5- La constante se multiplica por el nmero de espiras del embobinado que vaya segundo y al resultado se le aumenta un 30%, porque ir creciendo y as se obtiene los pies de la segunda bobina.

((Un pie = 30.48 cm))

Frmula: Una espira en centmetros/30.48 = Constante

As si tenemos que una espira en el primario nos da 15.5 centmetros tenemos: K= 15.5/30.48 = 0.5085

Siguiendo con los datos anteriores tenemos que:



Devanado primario: 0.5085 X 33.78 vueltas = 17.1806 + 15% = 19.7577 pies (#10 AWG)

Devanado secundario: 0.5085 X 225.24 vueltas = 114.54 + 30% =148 pies (#18 AWG)

Peso de una bobina (bobinado)

((Una libra = 16 Onzas))

Frmula: Onza = [pies bobina / libra x pie] x onzas / libra

Devanado primario: 19.7577 X 16 / 31.8= 9.94 Onzas

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