Hola a todos y bienvenidos a este nuevo tutorial..!!
A menudo nos suele suceder que estamos entusiasmados por montar un circuito, pero nos vemos estancados al ver que la fuente de alimentacion que requiere ese equipo necesita un transformador a menudo bastante caro de comprar, o en el peor de los casos, no lo conseguimos..
Existe alguna alternativa..? Yo creo que si..!! Por qué no montar nosotros mismos nuestro propio transformador..? Ya verán que tanto los calculos como la construccion del mismo son muy simples.
En esta primera parte veremos los calculos pertinentes, ya proximamente les mostraré como montarlo ustedes mismo... sin mas introduccion, comencemos..!!
El calculo de un transformador se puede dividir en tres fases
1-Eleccion del nucleo a usar
2-nº de espiras de cada bobinado
3-calibre o seccion del alambre de cada bobinado
ELECCION DEL NUCLEO
La elección adecuada de nuestro transformador depende únicamente de un sólo parámetro: La potencia que consume el equipo que alimentaremos con dicho transformador. Este es el único dato que necesitamos para dimensionar correctamente el núcleo necesario.
Haremos un ejemplo con el calculo de un transformador..!
POTENCIA DEL TRANSFORMADOR
Supongamos que alimentaremos un equipo que necesite 24 volts y 5 Amperios de corriente. Con estos datos podemos calcular la potencia de nuestro transformador.
La Potencia que provee un transformador no es otra cosa que el producto de su tensión de salida y su corriente, en este caso, 24V y 5A.
Reemplazando:
24V x 5A = 120 Watts
Eso quiere decir que el transformador a realizar deberá proveer 120 Watts.
SECCION DEL NUCLEO
La seccion del nucleo se elige conociendo la potencia continua máxima que se le exigirá, en nuestro caso 120 W.
La formula que emplearemos para conocer el área del núcleo necesaria es la siguiente:
Esto tiene razón de ser, ya que la potencia que hemos calculado es la real, RMS, pero para poder obtener esa cifra efectiva de potencia nuestro nucleo tiene que poder proveer una potencia pico, la cual se calcula como la potencia RMS por raiz de dos (1,41421356)
Entonces, la seccion del nucleo necesaria la calculamos como la raiz cuadrada de la potencia pico del transformador. El resultado obtenido es la seccion minima necesaria para conseguir la potencia buscada.
Aplicando la fórmula tenemos que el área buscada es de 13.03cm2, esta se calcula como el producto entre la altura y el ancho de las chapas E del núcleo. Deberemos buscar un núcleo que se adapte a nuestras necesidades. En este caso podremos usar un núcleo de 3.8cm x 4cm.
3,8cm x 4cm = 15,2cm2
es un núcleo ligeramente más grande, pero es el tamaño comercial que mejor se ajusta.
Para conocer la potencia REAL que puede proveer un transformador conociendo el area de su nucleo, basta con elevar al cuadrado el área y luego dividirlo por raiz de dos.
Nuestro núcleo puede proveernos un máximo de 163,37W.
NUMERO DE ESPIRAS DE CADA BOBINADO
Ya sabemos el núcleo que utilizaremos, ahora toca calcular cuántas vueltas va a tener cada uno de los bobinados de nuestro transformador.
Para el bobinado primario será:
Para el bobinado secundario será:
N1: Número de espiras del bobinado primario
N2: Número de espiras del bobinado secundario
V1: Voltaje bobinado primario (Volts)
V2: Voltaje bobinado secundario (volts)
F: Frecuencia de la red eléctrica (Hertz)
S: Sección del núcleo (Cm2)
B: Inducción magnética del núcleo (Gauss)
4,44: Constante. Factor de forma de una onda senoidal
10^-8: Constante. Las variables quedan en el sistema MKS (Metro, Kilómetro, Segundo)
Para los paises con 220V en la tension de red eléctrica corresponde una frecuencia de 50 Hertz. Por el contrario, para aquellos paises que tienen 110V en la red, la frecuencia es de 60 Hertz.
La inducción en Gauss es una indicación del flujo magnético por centímetro cuadrado en el núcleo. Este valor puede variar entre 8000 y 14000. Si no se conoce a ciencia cierta la inductancia de las chapas a utilizar, recomiendo adoptar un valor de 10000Gs para los calculos. Si usamos un valor muy alto el nucleo puede saturarse, absorbiendo la energia de forma indebida, generando una pérdida en el rendimiento cuando aumente la demanda de corriente. Por otra parte, un valor de inductancia muy bajo puede dar por resultado un transformador muy voluminoso.
Volviendo a nuestra fórmula, adoptaremos un valor de 10000Gs de inductancia, una tension en el primario de 220V y una frecuencia de 50Hz. Ya tenemos todos los datos necesarios para calcular las vueltas de nuestros bobinados.
BOBINADO PRIMARIO
Podemos redondear el resultado a 653 Vueltas.
BOBINADO SECUNDARIO
(Donde dice N1 debería decir N2, sepan disculpaar)
Redondeamos a 72 vueltas para el bobinado secundario.
CALCULO DEL CALIBRE DEL ALAMBRE DE LOS BOBINADOS
El grosor de los alambres usados depende directamente de la corriente que lo recorre. Esta corriente podemos calcularla fácilmente con la potencia y la tension del bobinado (en caso de que no tengamos el dato)
El alambre de cobre admite una densidad máxima de corriente dada su resistividad. De ser superado este valor corremos el riesgo de sobrecalentar el conductor, lo cual terminaria por quemarlo.
La densidad máxima de corriente admitida depende de la potencia a manejar. Podemos usar la siguiente tabla como referencia.
Como nuestro transformador es de 120W, le corresponde una densidad de 3 A/mm2
Para conocer la seccion de los alambres a utilizar vamos a valernos de la siguiente fórmula:
Donde:
S= Sección del alambre (mm2)
I= Intensidad de corriente (Amperios)
D= Densidad de corriente (ver tabla) (Amper/mm2)
Para aplicar la fórmula al bobinado primario primero deberemos hallar la corriente. La podemos deducir fácilmente, ya que conocemos tanto el voltaje como la potencia.
si P= VxI entonces I=P/V
I = 120W/220v
I = 0,54 A
Ahora ya podemos hayar la sección del alambre para el bobinado primario..!
También deberemos hallar el calibre de alambre del bobinado secundario (Recordemos que es de 24V 5A):
-S prim= 0.18mm2
-S sec= 1,67mm2
SECCIÓN NORMALIZADA TRANSVERSAL DEL CONDUCTOR PARA CADA BOBINADO
Es muy probable que la sección que hayamos calculado no sea un calibre comercial, por eso, ayudándose de esta tabla que me he tomado el trabajo de transcribir, podrán buscar el alambre que mas se acerque a la sección que han calculado. Si el valor no está en la tabla, elijan el siguiente hacia arriba.
En este caso, para el bobinado primario nos serviría un AWG 24, que es de 0.20mm2 y soporta 0,58A de corriente. Para el devanado secundario un AWG 14 seria el que mejor se adapta, el cual soporta 6A y es de 2,08mm2
EN EL VIDEO QUE LES DEJO AL FINAL DEL POST PODRÁN DESCARGAR ESTA TABLA EN FORMATO PDF PARA TENERLA SIEMPRE A MANO..!
RESUMIENDO
BOBINADO PRIMARIO
220V 0,54A
653 Vueltas de un alambre #24
BOBINADO SECUNDARIO
24V 5A
72 Vueltas de un alambre #14
Y de esta forma doy por terminado este post, sin antes invitarlos a dejarme en los comentarios cualquier sugerencia o duda que hayan tenido en base a los calculos aqui expuestos. De igual manera, si aprecian el tiempo y la dedicacion que hubo detras de este post (y del video, obviamente) los invito a puntuar y recomendarlo con sus seguidores, me ayudarian muchisimo..!!
Por último, les dejo el video recientemente subido a mi canal de Youtube Kriss Electronics, donde podran ver todas las formulas aqui expuestas en un enfoque práctico.. espero les guste..! (recuerden que en la descripcion les dejo la tabla AWG para descargar)
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