Como Calcular Un Transformador de Voltaje

30/1/2015 Comocalcularuntransformadordevoltaje

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CMOCALCULARELTRANSFORMADORPARASUAMPLIFICADOR

TRANSFORMADOR

Eltransfomradorcomponenteelctricoquetienelacapacidaddecambiarelniveldelvoltajeydelacorriente,mediantedosbobinas enrolladas alrededor de un ncleo o centro comn. El ncleo est formado por una gran cantidad de chapas olminas de una aleacin deHierroy Silicio. sta aleacin reduce las prdidas por histresis magntica (capacidad demantenerunasealmagnticadespusdeserretiradouncampomagntico)yaumentalaresistividaddelHierro.

Funcionamientodeuntransformador

ElcambiodevoltajeocorrientequehaceunTransformadorsesucedegraciasaqueeldevanadosecundarioesinducidoporuncampomagnticoproducidoporeldevanadoprimarioenconjuntoconelncleo.Elcambiodevoltajeocorriente,queentregaeltransformadoresinverso,esdecirquecuandoeltransformadoraumentaelvoltaje,lacorrientebajaycuandoelvoltajebaja,lacorrientesube.Estonosllevaaunaley:laenergaqueentregauntransformador,nopuedesersuperioralaenergaqueentraenl.Aunque el devanado primario y el secundario estn aislados por cartn, papel parafinado, prespn o plstico, el campomagnticosetransmitedeldevanadoprimarioalsecundario.Existeunarelacinentrelasvueltasdeldevanadoprimarioyeldevanadosecundario.Estarelacin,determinaelvoltajedesalidadeltransformadorysoniguales,larelacinentrelasvueltasdelosdevanadosylosvoltajesdeentradaysalida.Cuando el devanado primario es igual al devanado secundario (1:1), el voltaje y la corriente de entrada, son iguales alvoltajeycorrientedesalida.Enestecasoestetransformadorslosirveparahacerunaislamientogalvnico,esdecirquepodemostocarlacorrientedesalidasinserelectrocutados.Alcambiarlasvueltasdealambredeldevanadosecundario,cambiaelvoltajedesalidadeltransformador.Ejemplo:siporcadavueltadeldevanadoprimario,damostresvueltasenelsecundariotendramos,enelcasodeaplicarunatensindevoltiosenlaentrada,enlasalidaseran30voltios.YCuandoenrollamosunavueltadealambreenelsecundarioporcadatresvueltasdelprimarioenelcasodeaplicarunatensinalaentradade30voltios,tendramosalasalida10voltios.

AcontinuacinveremosunmtodoprcticoquepermiteconocerlascaractersticasdeltransformadorparasuAmplificadorocualquierotroaparato.Enrealidadexistenmuchasformasdeevaluarycalcularuntransformador,laquepropondremos,conducedeformafcilyconbastanteprecisinalmodelodeltransformadorquenecesitamos.

Elpuntodepartidaesdeterminar lapotenciaqueentregacadacanaldelamplificador,sielamplificadoresestereofnico.Cada canal aportar lamitadde la potencia del amplificador. Si es un amplificadormonofnico, la potencia total ser laentregadaporlanicasalida.

Veamosunejemplo:teniendounAmplificadorestreode100vatios,significaquecadacanalesde50vatios,oseaquelapotenciaqueentregacanales50vatios.Enestecasousaremosparlantesde8ohmios,esdecirlaimpedanciadelparlanteRL,esde8ohmios,determinadosporelfabricantedelcircuitointegradodesalidaodeldiseoens.Estoquieredecirquelatensinreal(RMS)deltransformadornecesarioparaalimentaresteamplificador,esigualalvoltajecontinuoqueconsumeelamplificador,divididoentrelarazcuadradade2,(1.4141).Ahorabien,poraquellodelasprdidasesaconsejableincrementarelvalorobtenidoenunosdosovoltios.

Porejemplosisuamplificadorsealimentacon34voltiosDC,entonceslatensinRMSdeltransformadorsecalculardelasiguientemanera:

VoltajeRMS=34/2

34/1.4141=24voltiosAC

Loquelesiguala:VoltajeRMS=24voltios

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Calibre Milscirculares Dimetromm Amperaje

7 20,818 3.67 44.28 16,509 3.26 33.39 13,090 2.91 26.510 10,383 2.59 21.211 8,234 2.30 16.612 6,530 2.05 13.513 5,178 1.83 10.514 4,107 1.63 8.315 3,257 1.45 6.616 2,583 1.29 5.217 2,048 1.15 4.118 1.624 1.02 3.219 1.288 0.91 2.620 1,022 0.81 2.021 810.1 0.72 1.622 642.4 0.65 1.223 0.509 0.57 1.024 0.404 0.51 0.825 0.320 0.45 0.626 0.254 0.40 0.527 0.202 0.36 0.428 0.160 0.32 0.329 0.126 0.28 0.2630 0.100 0.25 0.20

Aestos 24voltiosesaconsejablesumarleunos2voltios,dandocomoresultado26voltiosAC

Lapotenciadel transformadordefine la dimensindel ncleo. Lapotencianoesotracosaqueelproductodelamultiplicacinentreelvoltajeyelamperajedeltransformador.As:

PT=VRMSxIRMS

Porejemploenelcasoanteriorcalculamosunvoltajede24voltios(RMS)yunacorrientede5Amperios,entonceslapotenciaser:

PT=24VX5Amp=120vatios

TablaAWG

Larazndeaumentardosvoltioseneldevanadosecundario,esproveerunmargendeprdidaproducidoporelconsumodelosdiodosrectificadoresyenlaresistencianaturaldeltransformador.Paraquesu transformador respondaadecuadamenteyentregue la corrientedeseada,debeconstruirseconalambredecobredelcalibreapropiado.

ComohallarelcalibredelalambredeldevanadosecundarioPara saber el calibre adecuado del alambre del devanado secundario, se debe averiguar los amperios de consumo delamplificadoryluegoconsultarlaTablaAWG.Enestecasoelamplificadorconsume5amperiosqueobtuvimosdedividirlapotenciaenwattsdelamplificador,entreelvoltajedesalida(devanadosecundario).SimiramoslatablaAWG,vemosqueelalambrecalibre16,soporta5.2amperios,aunqueenlapractica,sepuedeusaruncalibremasdelgado,porejemploun17,(Nobajemasdeunpuntoelcalibre,yaquepodrarecalentarseeltransformadoronoentregarlapotenciarequerida).Valerecordarquesinosabemoslosamperiosdeconsumo,bastacondividirlapotenciadelamplificadorentrelosvoltiosdesalidadeltransformador.Claroestquesielamplificadoresdetransistores,eldevanadosecundariosehayasumandolosamperiosqueconsumenlostransistores.Porejemplocuandounamplificadortrabajacon4transistores2SC5200ysabemosquecadaunodeestosrequiere1.3amperios,tenemosuntotalde5.2amperiosqueequivalenalalambrecalibre16.

Comohallarelcalibredelalambredeldevanadoprimario

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Parahallarelcalibredelalambredeldevanadoprimario,primerohayamoselamperaje.Estoseconsiguededividirlosvatiosdelamplificador,entreelvoltajedeltomacorrienteodelaredpblicadesupas.Enestecasotenemosunsuministrode120voltiosenlaredpblica.

Amperios=WattsRMS/Voltiosdeentrada

Loquelesiguala:

Amperios=120W/120V=1Amp

120wattsdividido120voltios,iguala:1amperio.SiobservamosennuestratablaAWG,elcalibremascercanoesel23.

Comohallarelreadelncleodeltransformador

Ahoralaseccindelncleoserelacionaconlapotenciatotaldelasiguienteforma:

Seccindelncleo=PT

Laseccindelncleoesigualalarazcuadradadelapotenciatotal.

Comovimosanteriormenteobtuvimos120vatiosdepotencia,paraeltransformador.Entonceslaseccindelncleodebeser:

Seccindelncleo=120=10.95cmscuadrados

Estoquieredecirquenosservirunncleode3.3cmsdeancho,por3.3cmsde largo, loqueequivaleaunareadelncleode10.89centmetroscuadrados,aunquenonecesariamentetienequesercuadrado.Laslminasochapasquemasseaproximan,tienen3.2cmsdelargoensucentro,tendramosquecolocarlacantidaddechapasquenosdenunos3.6cmsdeanchoparalograresarea.LaFormaletacomercialparaestecasoesde3.2cmpor4cmquetieneunapotenciadisponiblede163Watts.Estapotenciadeaverigudeelevaralcuadradoelreadelncleo.

3.2x4=12.8cms2

12.8x12.8=163.84W

Esmejorsiempreusaruntamaodencleomsgrandedelquenecesitamosparaestarsobradosenpotenciaynotenerproblemasalmeterelalambre.

Medidaparadefinirelanchodelncleosumandochapasolminasdehierro

Medidaparadefinirellargodelncleo

Enlasfiguras,seapreciaelncleodeltransformadorvistoporencima,laseccindelncleoserelproductodellargoencentmetros por el ancho en centmetros. Este debe corresponder al valor calculado cuando menos, como dijimosanteriormente,siesmayortantomejor,puesotorgaciertomargendepotencia.

Calculodelnmerodeespirasdelalambredecobre

Existeunaconstantequeeselnmero42,novamosaentrarendetallesacercadelorigendeestenumero,puestoquelaideanoesahondarenmatemticas,sinolograrquepersonasconpococonocimientologrenhacertransfomradores.

Paracalcularelnmerodeespirasovueltasdealambredecobre,ennuestroejemplo,sedivide42entrelos12.8cms2,quesonelreadelncleode3.2x4.



Nmerodeespiras=42/12.8Cm2

42dividido12.8=3.28espirasovueltasdealambreporvoltio.

Estoquieredecir,queparaeldevanadoprimario,son120voltiosdeltomacorriente,multiplicadopor3.28,esiguala:393espirasovueltasdealambredecobre.Siensupaiselvoltajedelaredpblicaesde220V,semultiplica,220voltiospor3.28=721vueltaseneldevanadoprimario.

Parahallarelnmerodeespirasdeldevanadosecundario,setomanlos26voltiosdeltransformadorysemultiplicanpor3.28obteniendo85espirasovueltasdealambre.

Ahoraqueyasabemosloscalibresdealambreausaryelnmerodevueltas,podemoshacernuestroTransformador.Conexindedostransformadoressimples

En el caso que se nos dificulte conseguir un transformador con TAPcentral, una opcin muy sencilla es conectar dos transformadoressimples(SinTAPcentral).Enlafigurasemuestracomosehacelaconexincorrectaparaconvertirnuestros dos transformadores sencillos, en un transformador conTAPcentral.Ademscomoseduplicalacantidaddehierrodelaschapas,seaumenta un poco la potencia, mejorando el rendimiento de los dostrasformadores.

Transformadoresenparalelo

En otras ocasiones se hace difcil conseguir transformadores deamperajesaltosynopodemosconseguirlosmaterialesparahacerlo.Como solucin para este problema se pueden conectar dostransformadores enparalelo y as duplicar el amperaje ymantener elvoltaje.Porejemplo:Necesitamosuntransformadorde18+18voltiosAC,conunacorrientede12amperios,paraalimentarelamplificadorde300WconTDA7294.Podemosconectarenparalelodostransformadoresde18+18VAC,conuna corrientede6amperios y as obtendremosel transformadorquerequerimosparaesteproyecto.

Silodesea,puedeutilizarunprogramallamadotransformercalculation,quehaceeltrabajodeclculoporusted.Paraquelosclculosconesteprogramasalgancorrectamente,esnecesariosumardosmilmetrosacadaladodelncleo,Puestoquelaformaletadondeseenrollaelalambreocupaespaciodealambre.OtraopcinesusarelprogramaoficialdenuestrositioWeb,quefuecreadoporJaiderMartnez,unodenuestrosfielesseguidores.Esunsoftwaregratuitoparacalcularlasdimensiones,vueltasdealambreysucalibre,consloingresarelvoltajeyelamperaje.

AlgunosejemplosdeclculospararealizacindetransformadoresPorFedericoMicheluttideArgentina.

Antesderealizarlosejemplosdeberemostenerencuentalasiguienteinformacin:

TabladencleodeformaletasMedidadelreadelncleoencentmetros.Compareelreadelncleoconelmscercanoenlatabla,useestaoelreainmediatamentemsgrandea laquenecesitayconelnmerodevueltasporvoltio,calcule lasvueltasdealambredeldevanadoprimarioysecundario.

NCLEO POTENCIAMXIMA VUELTASPORVOLTIO REACm1.6x1.9 9W 14 3.042.2x2.8 37W 7 6.162.5x1.8 20W 9.3 4.5



2.5x2.8 49W 6 72.8x1.5 17W 10 4.22.8x2.5 49W 6 72.8x3.5 96W 4.3 9.82.8x5 196W 3 14

3.2x3.5 125W 3.75 11.23.2x4 163W 3.3 12.83.2x5 256W 2.625 163.8x4 231W 2.76 15.23.8x5 361W 2.21 193.8x6 519W 1.85 22.83.8x7 707W 1.58 26.63.8x8 924W 1.38 30.43.8x9 1170W 1.22 34.23.8x10 1444W 1.1 383.8x11 1747W 1.004 41.83.8x12 2079W 0.921 45.64.4x9 1568W 1.06 39.64.4x10 1940W 0.95 444.4x11 2342W 0.867 48.44.4x12 2787W 0.795 52.8

Medidadelncleo:

Almultiplicar(X)(anchodelcentrodelaschapas)por(Y)(fondodadopor la cantidad de chapas), obtenemos el rea en centmetroscuadrados, del ncleo de nuestro transformador. Las medias enmilmetrosdisponiblesquetenemospara(X)son:16,20,22,25,28,32,38,44,50,60,70,80,100.(Y) estar determinado por la cantidad de placas o chapas quecolocaremosunaarribadelaotra.

EjemploN1:

Entrada:(devanadoprimario)220VSalida1:(devanadosecundario)60Va4Amp

Loprimeroquedebemoscalculareslapotenciadenuestrotransformador:

Enestecaso:60Vx4Amp.=240watts

Ahora: si buscamos en la tabla anterior encontraremos el valor mas aproximado que es: 256W (Estas son potenciasmximasydebeestarporencimaparareducirlasperdidas).

NCLEO POTENCIAMXIMA VUELTASPORVOLTIO REACm3.2x5 256W 2.625 16

Deestamaneraencontramoslamedidadelncleoquemasseajusteanuestrasnecesidades:X=3.2cmporY=5cm

Ahorabienaldividirlapotenciadenuestroamplificador,entreelvoltajedeentrada,obtenemoselvalordelamperajeparaeldevanadoprimario:

240w/220v=1.09amp.



AhoraobservamosenlatablaAWG

Calibre MilsCirculares Dimetromm Amperaje17 2.048 1.15 4.123 0.509 0.57 1.0

Comoven,debemosutilizarparaeldevanadoprimario,alambremagnetodecalibre23yunalambrecalibre17,paraeldevanadosecundario,yaqueestenecesita4amperios.

Paracalcularlacantidadlasvueltasdeldevanadoprimario,debemosmultiplicarlasVueltasporvoltio(2.21segnnuestratabladencleodeformaletas),porlacantidaddevoltiosdeentradadeltransformador(voltajedelaredpblica):

220Vx2.625=578vueltasparaeldevanadoprimario.

Paraeldevanadosecundario,lomismoperoconlasalidadevoltiosdeseada:

60Vx2.625=158vueltasparaeldevanadosecundario.

EjemploN2:

Entrada:(devanadoprimario):120VSalida1:(devanadosecundario):32x32Va3Amp(utilizaremosTAPCentral)

LoprimeroquedebemoscalculareslapotenciadenuestrotransformadorEnestecaso:32+32Vx3Amp.=192Watts

Ahora:sibuscamosennuestratabladencleodeformaletas,encontraremoselvalorquemsseaproximaesde:196W(yaquesonpotenciasmximas).

NCLEO POTENCIAMXIMA VUELTASPORVOLTIO REACm2.8x5 196W 3 14

Deestamaneraencontramoslamedidadelncleoquenecesitamos,queesdeX=2.8cmporY=5cm

Ahorabienaldividirlapotenciadenuestroamplificador,entreelvoltajedeentrada,obtenemoselvalordelamperajeparadevanadoprimario:

192w/120v=1.6amp.


Calibre MilsCirculares Dimetromm Amperaje21 810.1 0.72 1.618 1.624 1.02 3.2

Comoven,debemosutilizaruncalibre21paraeldevanadoprimario,yuncalibre18,paraeldevanadosecundario,yaqueestedebeentregar3Amp.

Paracalcularlacantidadlasvueltasdeldevanadoprimario,debemosmultiplicarlasVueltasporvoltio(3segnlatabladencleodeformaletas),porlacantidaddevoltiosdeentrada(redpblica):

120Vx3=360vueltasparaeldevanadoprimario.

Paraeldevanadosecundario,hacemoslomismoperoconlasalidadevoltiosdeseada:

64Vx3=192vueltas.Enestecaso,alllegaralavuelta96,debemossoldarelcabledeTAPCentral,opodemosenrollarelalambreendobleydarslo96vueltas,talcomoseapreciaenelvideo.

EjemploN3:

Entrada:220V(devanadoprimario)Salida1:24Va3Amp(devanadosecundario)Salida2:9Va1.6Amp(devanadosecundarioadicional)Loprimeroescalcularlapotenciaquedeberentregartransformador,paraasencontrareltamaodelncleoadecuado.

Paraestecasotomamoslapotenciadeldevanadosecundarioprincipal,quees:24Vx3Amp)=72watts

Luegobuscamosen latabladencleodeformaletasyencontramoselvalormasaproximadoporencima,quees:96W(Tengaencuentaestaralmenosun20%arriba,pensandoenlasperdidasporcorrientedefoucault).



NCLEO POTENCIAMXIMA VUELTASPORVOLTIO REACm2.8x3.5 96W 4.3 9.8

Deestamaneraencontramoslamedidadelncleoquenecesitamos:X=2.8cmporY=3.5cm.

Ahorabienaldividirlapotenciadenuestroamplificador,entreelvoltajedeentrada,obtenemoselvalordelamperajequedebeentregareldevanadoprimario:

96W/220v=0.4amp.


Calibre MilsCirculares Dimetromm Amperaje27 0.202 0.36 0.418 1.624 1.02 3.221 810.1 0.72 1.6

Comoven,debemosutilizaruncalibre27paraeldevanadoprimario,calibre18paraeldevanadosecundarioycalibre21paraeldevanadoadicional.

Paracalcularlacantidadlasvueltasdeldevanadoprimario,debemosmultiplicarlasVueltasporvoltio(4.3segnlatabladencleodeformaletas)porlacantidaddevoltiosdeentrara(voltajedelaredpblica).

220Vx4.3=946vueltasparaeldevanadoprimario

Paraeldevanadosecundariosedebehacerlomismo,peroconlasalidadevoltiosdeseada:

24vx4.3=103vueltas.

YparaelDevanadoAdicional,tenemosque:9Vx4.3=39vueltas.

EjemploN4:

Entrada:220V(devanadoprimario)Salida1:33+33va3amp(devanadosecundario)Salida2:12va0.8amp(devanadosecundarioadicional)

Comencemosporcalculareslapotenciadenuestrotransformador:

Paraestecasotomamoslapotenciadeldevanadosecundarioprincipal,quees33V+33Vx3Amp=198watts.

Ahorabuscamosennuestra tabladencleode formaletasyencontramoselvalormasaproximadoporencima,quees:231W(Tengaencuentaestaralmenosun20%arriba,pensandoenlasperdidasporcorrientedefoucault).

NCLEO POTENCIAMXIMA VUELTASPORVOLTIO REACm3.8x4 231W 2.76 15.2

Deestamanerahemosencontradolamedidadelncleomsadecuadaparanuestroelncleodenuestrotransformador:X=3.8cmporY=4cm.

Ahorabienaldividirlapotenciadenuestroamplificador,entreelvoltajedeentrada,obtenemoselvalordelamperajedeldevanadoprimario:

231W/220v=1.05Amp.


Calibre MilsCirculares Dimetromm Amperaje22 642.4 0.65 1.218 1.624 1.02 3.224 0.404 0.51 0.8

Comoven,debemosutilizaruncalibre22paraeldevanadoprimario,aunquesepuedeusarcalibre23,porsermuypocaladiferencia.Paraeldevanadosecundariousamosalambrecalibre18,yaqueestedevanadonecesita3Ampyelalambre18entrega3.2amperios.Yeldevanadoadicionalusamosalambrecalibre24,yaquerequiere0.8Amp.

Paracalcularlacantidadlasvueltasdeldevanadoprimario,debemosmultiplicarlasvueltasporvoltio(2.76segnnuestra



tabladencleodeformaletas),porlacantidaddevoltiosdeentrara(voltajedelaredpblica):

220Vx2.76=607.2vueltasparaeldevanadoprimario.

Paraeldevanadosecundario,sehacelomismo,peroconlasalidadevoltiosdeseada:

33+33Vx2.76=182vueltas.Enestecaso,alllegaralavuelta91,debemossoldarelcabledeTAPCentral,opodemosenrollarelalambreendobleydarslo91vueltas,talcomoseapreciaenelvideo.

Yparaeldevanadoadicionaltenemosque:12Vx2.76=33vueltas.

AgradecimientosmuyespecialesaFedericoMicheluttideArgentina.

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