Informe Final Construccion Trasfo

7/29/2019 Informe Final Construccion Trasfo

1/9

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

Escuela de Ingenieras Elctrica, Electrnica y de TelecomunicacionesPerfecta Combinacin entre Energa e Intelecto

INFORME FINAL PROYECTO DE MAQUINAS ELECTRICAS IANALISIS, DISEO Y CONSTRUCCION DE UN TRANSFORMADOR MONOFASICO

Luis Carlos Ramrez Rodrguez 2070163

Presentado a:Ingeniero Juan Manuel Murcia Pacheco

1. INTRODUCCION

En este informe se analizar y se construir una

mquina que se estudi en el programa del

curso Maquinas Elctricas I, se trata de la

elaboracin y estudio de un transformador

monofsico. A lo largo del proyecto se utilizaran

los conceptos ya aprendidos y se mostrara en

principio el proceso de clculos para la

determinacin de parmetros fundamentales

en la construccin, enseguida se ilustrar la

construccin fsica del transformador de

acuerdo a los datos ya obtenidos y se estarmostrando con imagines el proceso llevado.

2. OBJETIVOS

Plasmar los conceptos ya aprendidos para la

elaboracin de un modelo real de

transformador.

Investigar las diferentes tcnicas y

componentes fundamentales de los

trasformadores y su construccin.

Afianzar los conceptos acerca de los

transformadores monofsicos y realizar las

conclusiones pertinentes.

3. MATERILES UTILIZADOS

Ncleo de transformador ya utilizado

Papel PRESIPAN

Barniz dielctrico

Calibrador pie rey destornillador, alicate

cinta aislante de pvc

Cable de cobre

4. MARCO TEORICO

El diseo y clculo de un transformador consiste

en elegir el tipo de ncleo que se va autilizar,

elegir el carrete correspondiente, definir los

nmeros de espiras de primario y secundario,

as como los dimetros de los hilos

esmaltados de los dos bobinados.

Un transformador elemental consiste de un

ncleo de hierro laminado sobre el cual seenvuelve una bobina de alambre aislado. Esta

bobina puede ser de devanado simple, con

empalmes, como un transformador de

automvil, o compuesto de dos bobinas

separadas, como se muestra en la siguiente

figura y el que este artculo se enfatizar.

Figura 1


2/9



Como en la anterior figura, una de estas

bobinas lleva el nombre de "bobina primaria," "primario" simplemente, y est conectada a la

entrada de corriente. La segunda bobina, desde

la cual se toma la energa, se llama "bobina

secundaria," o "secundario," y tendr mayor o

menor nmero de vueltas que el primario,

segn el caso. El ncleo se compone de placas o

lminas de acero de silicio (figura 2), pues la

inversin constante del flujo de la corriente

alterna produce contra-corrientes en un ncleo

de hierro macizo. Por lo tanto, si se empleara

un ncleo de hierro macizo, se producira un

recalentamiento en el transformador. El

laminado tiende a quebrar dichas

contracorrientes.

Figura 2

Para resumir, la teora del funcionamiento de

un transformador es la siguiente: El voltaje de la

lnea enva una corriente por el primario,

producindose de ese modo el campo

magntico (lneas de fuerzas invisibles) dentro

del ncleo de hierro. Como dicho ncleo

tambin rodea al secundario, el campo

magntico, que aumenta y disminuye a la par

de la corriente alterna, atraviesa las espiras delsecundario y, por las leyes de induccin

magntica, induce un voltaje en este devanado.

Si se cierra el circuito del secundario mediante

el agregado de una carga, fluir una corrienteen el mismo. El voltaje inducido en el

secundario es directamente proporcional al

nmero de vueltas de ste, en comparacin con

el nmero de vueltas del primario, a excepcin

de una ligera prdida que se explicar ms

adelante. Por ejemplo, con 100 vueltas en la,

bobina primaria y 200 en la secundaria, al

aplicarse 100 voltios al primario, se inducirn

200 voltios en el secundario.

Diseo de transformadores

El primer paso que se debe tener en cuenta al

disear un transformador, son las dimensiones

del ncleo y su relacin con una magnitud de

voltamperios o "capacidad nominal." la tabla

No.1 puede ser usada como gua general. Esto

no quiere decir que se deba seguir siempre

exactamente; ya que, si se emplea menor

cantidad de hierro en el ncleo, deber

compensarse esta situacin con un mayor

nmero de vueltas en el primario. La relacin

entre la superficie del ncleo y el nmero de

vueltas es mantenida de modo que se asegure

una densidad magntica prudente en el ncleo.

Sin embargo, no es buena prctica 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 ncleos paratransformadores con tiras rectas de acero de

silicio, las lminas corrientes de tipo E- Fig. 2,

que pueden obtenerse de un transformador en

desuso, resultan ms convenientes. Lo que ms

se debe tener en cuenta, al disear un

transformador, es el espesor que se obtiene al

sobreponer las placas laminadas B, la anchura

de la seccin central, "A,", y el rea de las

aberturas, C x D, Figura 2.

El problema que generalmente confrontan a las

personas que quieran crear transformadores es


3/9



determinar el nmero de vueltas y el espesor

del alambre necesario para producir undeterminado voltaje con un ncleo disponible

determinado.

Tabla 1

5. PROCEDIMIENTO

El primer paso para la construccin de un

transformador es conseguir el ncleo donde se

va amontar las bobinas respectivas.

Para la prctica se consigui un ncleo tipo E

que prevena de un trasformador quemado el

cual estaba sin uso por obvias razones.

Como se puede observar el ncleo est un poco

deteriorado por el tiempo que ha estado sin usoel cual nunca ha tenido mantenimiento.

Las medidas del ncleo, tomadas con un

calibrador pie rey se muestran en la siguiente

grafica que se adapt a nuestro caso.

Cuando se tiene el ncleo se determina el rea

del centro de la E, donde se ser la bobina, esto

para determinar aproximadamente que

potencia podremos asignarle a la salida denuestro transformador, mirando la tala 1.

Segn la grfica anterior que tiene las medidas

reales, el rea del ncleo en pulgadas cuadradas

(

)

Con esta medida y mirando la tabla podemos

decir que le transformador se puede disearms o menos para una potencia de 75 VA en su

salida.

Con este dato y dependiendo a las

especificaciones que queremos del

transformador podemos empezar a disear el

transformador.

Caractersticas del transformador

Para el proyecto se decidi crear un

transformador reductor, con tensin nominal


4/9



en el primario de 120 v y tensin en el

secundario de 50 v, es decir, ser untransformador 120/50, como

aproximadamente la potencia mxima que se

puede trabajar es de 75 VA, trabajaremos con

una tensin nominal a 50VA para evitar la

saturacin. Si la potencia de salida es de 50 VA y

la tensin nominal secundaria es de 50 V

podemos determinar que la corriente nominal

en el lado de baja es aproximadamente de 1 A.

Para determinar la corriente nominal del

primario partimos del hecho y basado en la

experiencia que la potencia de entrada es

aproximadamente un 20% mayor que la

potencia de salida, debido a las perdidas en el

hierro. Basado en lo anterior podemos aplicar la

siguiente formula:

Con esta potencia y la tensin de entradadeterminamos la corriente nominal del primario

Con estos parmetros construiremos un

transformador de las siguientes caractersticas

[V] [A]

Calculo nmero de vueltas

Para el clculo del nmero de arrollamientos de

las respectivas bobinas del trasfo partimos de la

siguiente ecuacin:

Espiras del primario

Donde:

Vprim: tensin del devanado primario.

f= frecuencia del sistema.

A= rea del ncleo por centmetros cuadrados.

Bm= Flujo magntico mximo en Gauss

[maxwells/cm2]

Para nuestro caso usaremos

f = 60 hz

Vprim = 120 v

A = El rea que se utilizara no es precisamente

el del ncleo puro, ya que el bobinado ser

arrollado sobre un carrete o un aislante con la

idea de asilar el hierro con el cobre de la

bobina; por ende si se el ncleo se aislara con

papel aislante podemos sumarle a cada lado un

milmetro para efectos de clculos; entonces el

area ser:A= 3,3 x 2,7=8,91 cm

2

Bm: Para la determinacin del flujo a utilizar

podemos determinar de la siguiente tabla.

Tipo servicio50 a 60 Hz

Flujo de induccinmximo [Gauss]

Hierro comn Hierro calidad

Intermitente 10000 13000

Contnuo 13000 15000

Como nuestro transformador no va a tener un

uso continuo y por las explicaciones anteriores

el hierro tratado no es de calidad usaremos un

flujo de 10000 gauss

Aproximadamente


5/9



SI el transformador fuese una mquina ideal, la

resistencia interna de sus conductores seranula, y las frmulas anteriores estaran

correctas. Este no es el caso. Hay que

compensar esta prdida resistiva afectando a

los valores anteriores con un coeficiente kc que

se obtiene de la tabla siguiente.

Potencia en elSecundario

[VA]

Factor deprdidas en elcobre [adim]

7 1,310 1,25

15 1,2

68 1,1

75 1,09

100 1,08

120 1,07

180 1,06

250 1,05

700 1,03

1000 1,025

Como podemos mirar en nuestro caso, estnentre 1,2 y 1,1; para los clculos se tomaron

una Kc de 1,2 ya que se toma la opcin ms

desfavorable.

Espiras del secundario

Para determinar las espiras de este devanado esnecesario determinar cuntas vueltas por voltio

hay en el transformador en general.

Podemos decir que existe en el transformador

en general sin importar el devanado

Las vueltas necesarias en el secundario para

cualquier voltaje de salida son:

Este valor no es necesario corregirlo por las

prdidas, debido a que se us para hallarlas el

nmero de espiras del primario corregido.

Ya teniendo las vueltas de cada devanado el

prximo procedimiento consiste en hallar el

calibre del conductor en cobre que se utilizarn

en las respectivas bobinas.

Calculo de calibres en cobre

Para el clculo del calibre para ambos

devanados nos basaremos en la siguiente

formula:

Scx = rea del conductor en el respectivo

devanado en milmetros cuadrados [mm

2

]IX: Corriente nominal del debando.

D: densidad de corriente.

La densidad de corriente se puede deducir de la

siguiente tabla:

Tipo trafo

Densidad de corriente[A/mm2]

Normal Admisible

Bobinado a aire 1 2Bao de aceite 1,5 2,5

Bao de agua 2,5 3

D

IS

x

cx


6/9



Aceite forzado 2,5 3,5

Mejor 3,5 4

Los valores de D resultan inferiores para

arrollamientos dispuestos en varias capas, que

para los de una sola capa y con buena

refrigeracin. En otro sentido, esta seleccin se

inclina por los valores ms bajos.

En nuestro caso como el bobinado es de aire y

el bobinado es de capas se tomara como la

densidad de corriente de 1,5 [A/mm2].

Por tanto:

Como no se vende cable con reas especficas,

buscamos en la tabla de conductores AWG en

cobre un cable donde el rea sea igual o mayor

al dato hallado.

Observando dicha tabla nos puede servir el

calibre # 21 AWG con rea 0,41 mm2, pero

como este no es comercial se escoge realizar el

arrollado primario con el cable calibre #20

AWG con seccin transversal 0,518 mm2 y

dimetro 0,81 mm

Para el devanado secundario se procedi de

igual manera

EL calibre inmediatamente mayor es el calibre

#18 AWG con seccin transversal 0,82 mm2 y

dimetro 1,02 mm para la bobina secundaria

6. CONSTRUCCION DEL TRANSFORMADOR

Como ya se haba mencionado la primera parte

de la construccin del transformador es adquirir

el ncleo con el que se va a trabajar; se adquiri

un ncleo ya usada y que se mostr en la

primera parte del trabajo.

Para el uso de carretes en el proceso de

bobinado es necesario que este tenga las

medidas exactas del brazo central del ncleo;

en nuestro caso como era un transformador yausado el uso de carretes especiales para este

nos fue imposible conseguirlo ya que no se

consigui.

Por lo anterior se procedi a crear nuestro

propio carrete a base de una gua de madera, la

cual se aisl utilizando papel aislante PREISPAN

como se muestra en los dibujos


7/9



Teniendo nuestro carrete listo se procedi a

bobinar las 600 vueltas del devanado primariocon calibre # 20, teniendo mucho cuidado a la

uniformidad del enrollado.

Bobinado secundario

Cuando se termin a bobinar el devanado

primario se procedi a aplicarle una capa de

barniz dielctrico y se envolvi con una capa de

papel preispan para aislar este del devanado

secundario; estando el primer devanado

completamente aislado se procedi a realizar

las 250 vueltas del segundo devanado.

En ambos casos se dejara un cable al principio y

otro al final, con el objetico de crear los

contactos exteriores.

Cuando se ha terminado de bobinar este

devanado se envuelve en papel aislante y se

proceden las lminas del ncleo.Las lminas se

colocan alrededor de la bobina en posicinalternada. Esto se realiza con colocar la parte

central de la lmina en forma de E en la

abertura del ncleo. Luego se empalma una

lmina recta contra los bordes de la lmina en

forma de E, en el lado opuesto de la bobina. A

continuacin, la parte central de la segunda

lmina se inserta en la abertura del ncleo, en

el lado opuesto a donde se coloc la lmina en

forma de E anterior. De esta manera, las

lminas se colocan en una posicin alternada

hasta obtener la altura necesaria.

Nota: Si en el momento de empezar a introducir

las lminas, y si el espesor de las bobinas no

caben en las ventanas del ncleo es necesario

comprimir estar por medio de una prensa; aqu

el ncleo se le vuelve a colocar su gua de

madera y se procede a comprimir la bobina

hasta que sus lados quepan en las ventanas delncleo.

Al final hay algunas imgenes de todo el

proceso de elaboracin del transformador.

7. OBSERVACIONES

Realizadas algunas pruebas al

transformador s vio que la relacin de

tensiones no es exactamente a la prevista,

esto se puede asimilar a que la

construccin de la maquina se hizo

manualmente; por lo tanto el errorcometido es bastante significativo.

La no utilizacin de carretes especiales

hace que el proceso de construccin se

haga bastante tedioso.

8. CONCLUSIONES

Se aprendi el proceso de fabricacin del

transformador implementando algunos

concepto ya establecidos El proceso de fabricacin manual de los

trasformadores es muy tedioso lo que se

justifica la utilizacin de poleas especiales

para le bobinado.

Se afianzo los conocimientos ya adquiridos

sobre el tema de las maquinas estticas.

El proyecto presente se llev a buenos

trminos, presentndose algunos

inconvenientes que se pudieron solucionar.

9. BIBLIOGRAFIA.

www.Mimecnicapopular.com

http://www.sapiensman.com/electrotecni

a/problemas14.htm
http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas14.htmhttp://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas14.htmhttp://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas14.htmhttp://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas14.htmhttp://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas14.htmhttp://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas14.htm


8/9



Implementos utilizados.

Midiendo las medidas del transformador

Laminas del transformador

Transformador recin embobinado

Colocando las laminas

Trasformador terminado


9/9



Documents

Informe Final Construccion Trasfo