I. II. II-A. 1
PRACTICA #6 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR
José Roberto Toledo Illescas [email protected] Universidad Politécnica Salesiana Laboratorio de máquinas eléctricas I Resumen—En la presente se detalla conceptos básicos sobre los transformadores de manera similar, se realizó el diseño de un transformador. Index Terms—Transformador monofásico, devanado, potencia.
OBJETIVOS 1. Emplear los conocimientos adquiridos en el curso para diseñar un transformador monofásico. 2. Realizar los cálculos necesarios para establecer el nu- mero de espiras necesarias para obtener un valor deter- minado de voltaje.
MARCO TEÓRICO 3. Sistema de Refrigeración. Un transformador puede pre- sentar los siguientes sistemas de refrigeración: Transfor- madores en seco: la super?cie externa de la máquina es su?ciente para lograr la evacuación del calor. Transformadores en baño de aceite: Para potencias elevadas se emplea como medio aislante el aceite. El aceite tiene doble misión: refrigerante y aislante, ya que posee una capacidad térmica y una rigidez dieléctrica superior a la del aire. 4. Aisladores pasantes (bushings). Corresponden a los bor- nes de conexión de media tensión. I-A. Transformador eléctrico Un transformador eléctrico es una maquina eléctrica estática que funciona para ampli?car o disminuir la corriente o voltaje de ingreso a los devanados a los secundarios este se compone de una parte magnética y una parte eléctrica.
Figura 2. Bushings de una transformador I-B. Relación de transformación Es la relación que existe entre el devanado primario y el secundario de un transformador eléctrico nos permite analizar relaciones de impedancia voltaje y corriente de u transforma- dor eléctrico para poder resolver su circuito equivalente. Figura 1. Transformador eléctrico a = E1 E2 = N1 N2 (1) I-A1. Partes del transformador: 1. Núcleo. Es la parte del circuito magnético constituido principalmente por chapas de acero de silicio. 2. Devanados. Constituyen el circuito eléctrico. Se realizan por medio de conductores de cobre, en forma de hilos redondos o de sección rectangular. Están recubiertos por una capa aislante, barniz en los pequeños transformado- res y en el caso de pletinas está formada por una o varias capas de ?bra de algodón o cinta de papel. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Lista de materiales Transformador reciclado Cable AWG esmaltado Bobinadora • Tabla de equivalencias AWG
2 2 II-B. Procedimiento 1. Adquirir un transformador reciclado con una potencia mayor a los 60 W de manera que se facilite el bobinado. 2. Desmantelar el transformador procurando no averiar las chapas. 3. Obtener las dimensiones del núcleo. 4. Realizar el calculo para estimar el cable que se debe emplear y la cantidad necesario, como se indica en la sección 2.3. 5. Una vez adquiridos los materiales se procede a rebobinar al transformador. N 1 = 2,998 * 115
N 1 = 344,855 ˜ 345Esp
N 2 = Esp/v * E2
N 2 = 2,998 * 13
N 2 = 38,983 ˜ 39Esp II-C. Cálculos Para establecer la sección del cable se debe calcular primero la corriente que circulara por este. Para el calculo del numero de espiras y cable a emplear se debe partir de los siguientes datos. Tensión del primario = 115 V I1 = P E1 Tensión del secundario = 13 V Conociendo las medidas del núcleo, las que se pueden observar en el cuadro 2, se calculara el sección bruta. I1 = 88,109 115 Sb = a * b I1 = 0,766A Sb = 3,2cm * 4,4cm I2 = P E2 Sb = 14,08cm2 Con el el valor de la sección se obtuvo de manera similar I2 = 88,109 13 el valor de potencia. I2 = 6,777A P = Sb 1,5 2 S1 = I1 d P = 14,08 1,5 S1 = 0,776 3 P = 88,109W S1 = 0,255mm2 Para la obtención de la relacion espiras voltio se debe calcular el sección neta como se indica: S2 = I2 d Sn = Sb * 0,9 S2 = 6,777 3 Sn = 14,08 * 0,9
Sn = 12,672cm2
Esp/v = 38/Sn
Esp/v = 38/12,672
Esp/v = 2,998E · v
A continuación se establecerá el numero de espiras para cada devanado. N 1 = Esp/v * E1 S2 = 2,259mm2 A partir de la abla de equivalencias para el diámetro de cable AWG se aproxima que cable se debe emplear para cada devanado En el primario se debe emplear cable #23 AWG. En el secundario se debe emplear cable #13 AWG. Fialmente se debe establecer la cantidad de cable necesario por lo cual se calculara la longitud que tendrá el cable para cada devanado. Longitud de espira media = 29 cm
L1 = N 1 * long.esp.med
L1 = 345 * 29
3 II-E. Figuras L1 = 10005cm A continuación se ilustran una serie de grá?cas del desa- rrollo de la practica. L2 = N 2 * long.esp.med
L1 = 39 * 29
L1 = 1131cm
Conociendo los valores de peso de cada cable se obtendrá la cantidad que se empleara para cada devanado. Peso del cable #23 AWG para el primario: 2,29 Kg Km Figura 3. Transformador empleado para rebobinarlo Realizando las respectivas conversiones se obtendrá: 10005cm · 2,29Kg 1Km 1m 2,2lb 16onzas · · · · Km 1000m 100cm 1Kg 1Kg = 8,06onzas
Peso del cable #13 AWG para el secundario: 23,3 Kg Km Realizando las respectivas conversiones se obtendrá: 1131cm · 23,3Kg 1Km 1m 2,2lb 16onzas · · · · Km 1000m 100cm 1Kg 1Kg
= 9,27onzas Figura 4. Medidas del núcleo obtenidas II-D. Tablas A continuación se resumirá mediante tablas los datos prin- cipales del transformador.
Cuadro I TENSIÓN EN LOS DEVANADOS Devanados Primario Secundario Tensión 115 V 13 V Figura 5. Ancho de la pierna central del nucleo
Cuadro II DIMENSIONES DEL NÚCLEO Pierna central Ancho Espesor Dimensión 3.2 cm 4.4 cm Cuadro III CABLE NECESARIO PARA CADA DEVANADOS Devanados Primario Espiras 345 Calibre 23 Peso 8.06 onzas Secundario 29 13 9.27 onzas Figura 6. Espesor del núcleo
III. 4
Figura 10. Numero de vueltas del secundario
Figura 7. Tabla de equivalencias para el diámetro de cable AWG
Figura 11. Transformador rebobinado Figura 8. Resumen del calculo
Figura 9. Numero de vueltas del primario CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El transformador es una maquina estática que transforma un valor de voltaje de corriente alterna a otra con un nivel diferente. The transformer is a static machine that transforms a value of AC voltage to another with a different level. El valor de la potencia esta de?nido por el tamaño de las chapas, es proporcional a la sección neta de dichas chapas. The power value is de?ned by the size of the sheets, it is proportional to the net section of said plates. El calibre del conductor del primario es aproximadamen- te diez veces menor al del secundario. The primary conductor size is approximately ten times less than the secondary. Se debe emplear un conductor adecuado para cada deva- nado, procurando que este soporte el valor de corriente que circulara por el.
5 Should use a suitable driver for each winding, ensuring that this support the value of current ?ow through them. Se recomienda emplear un transformador con una po- tencia mayor a los 60 W ya, que este tendrá una mayor super?cie, de esta manera con este obtendremos un cable mas grueso que facilitara el bobinado. It is recommended to use a transformer with a greater than 60 W power and that this will have a greater surface area, so this will get a thicker cable to facilitate the winding. REFERENCIAS [1] Máquinas Eléctricas 5ta Edición Jesús Fraile Mora [3] Máquinas Eléctricas 5ta Edición Stephen J. Chapman