Cálculo de Transformadores

Calculo y diseño de transformadores de poder, para potencias de hasta 1000W. Dirigido a personas con conocimientos básicos de electrónica que desean diseñar o construir los transformadores de alimentación para red eléctrica de 50 o 60 Hz para sus proyectos electrónicos.
(No aplica para transformadores de fuentes computadas)
Redactado por Jorge L. Jiménez, de Ladelec.com

Resumen de conceptos

Para sentar las bases de este tutorial es importante conocer los términos que usaremos, los cuales mostramos a continuación y no son de difícil comprensión.

Relación de transformación:
Es la relación (o resultado de dividir) entre el número de espiras del primario y del secundario, la cual es igual a la relación entre la tensión del primario y del secundario sin carga.

Relación entre corrientes:
Es inversa a la relación de transformación. Es decir que a mayor corriente menos vueltas o espiras. Mientras que en la relación de transformación a mayor tensión (voltaje) más espiras o vueltas.  

Rendimiento:
Nos dice cuanta potencia se aplica al transformador y cuanta entrega este a la carga. La diferencia se pierde en los devanados en forma de calor por efecto JOULE, debido a que estos no tienen una resistencia nula, y también en el núcleo debido a histéresis y corrientes de Foucault. El transformador ideal rendirá un 100 % pero en la práctica no existe.

Núcleo:
Son las chapas de material ferro-magnético, hierro al que se añade una pequeña porción de silicio. Se recubre de barniz aislante que evita la circulación de corrientes de Foucault. De su calidad depende que aumente el rendimiento del transformador hasta un valor cercano al 100 %.

Potencia= V x I

N1/N2 = V1/V2  léase: número de vueltas del primario sobre el número de vueltas del secundario es igual a la relación entre el voltaje del primario sobre el voltaje del secundario.

Fórmulas: Son muchas las fórmulas que entran en juego pero la mayoría tienen que ver con elementos que afectan muy poco el rendimiento. Sin embargo hay dos sumamente importantes que no podemos ignorar y son las siguientes:  

Fórmulas

Area = A

Léase: área es igual a la constante * multiplicada por la raíz cuadrada de la potencia del transformador

donde * = 0.8 si el núcleo es fino y 1.2 si el núcleo es de inferior calidad. Tomamos normalmente 1

El resultado se obtiene en cm² y es el área rectangular del núcleo marcada en azul de la figura.
 

Relación de vueltas (espiras) por voltio =  A x 0.02112

El voltaje deseado para cada caso se dividirá por el resultado de este número. El resultado es el número de vueltas o espiras para ese voltaje en particular.

Ejemplo real:
Para construir o bobinar un transformador de 200 Watt para un Voltaje primario de 115V y un secundario 50V

Comenzamos por el área del núcleo del Transformador:
Ver la formula arriba en fondo gris. Para una potencia de 200W, obtenemos un área de 14.14 cm²

Luego calculamos la relación de vueltas por voltio:

  A x 0.02112

 14.14 x 0.02112 = 0.29  Relación de vueltas = 0.29

Entonces:
 115V / 0.29  = 396 vueltas en el primario
 50V / 0.29 = 172 vueltas en el secundario

Ahora sabiendo la potencia (200W) podemos calcular la corriente máxima presente en ambos devanados para esa potencia, partiendo de la formula I = W / V

 I = 200 / 115 = 1.73A  corriente en el primario 1.73 amperios.
 I = 200 / 50 = 4A  corriente máxima en el secundario 4 amperios.

Si utilizamos una tabla de equivalencias en AWG como la que mostramos a continuación, sabremos el calibre del alambre a utilizar para los respectivos bobinados (o embobinados).

De acuerdo a la tabla, para el primario necesitamos alambre calibre AWG 19 o 20 y para el secundario alambre calibre 15 o 16.

Colaboración de: Jorge L. Jiménez de: www.ladelec.com para
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