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Diseño y

construcción

de un

transformador



INTRODUCCIÓN:

EL DIS EÑAR y construir pequeños transformadores monofásicos, como los empleados

por experimentadores en electricidad y radio-técnicos, constituye una ocupacióninteresante e instructiva. Aun cuando es posible comprar transformadores de voltajes

corrientes, con frecuencia se requieren voltajes especiales para tareas experimentales o

aparatos nuevos. E s mucho más económico el construir uno mismo tal transformador que encargar su construcción a terceros.

Un transformador elemental consiste de un núcleo de hierro laminado sobre el cual seenvuelve una bobina de alambre aislado. E sta bobina puede ser de devanado simple,

con empalmes, como un transformador de automóvil, o compuesto de dos bobinas

separadas, como en las Figs. 1 y 5. E ste último tipo de devanado, siendo el más común,

será discutido en este artículo. Como se indica en la Fig. 5, una de estas bobinas lleva

el nombre de "bobina primaria," ,o "primario" simplemente, y está conectada a laentrada de corriente. La segunda bobina, desde la cual se toma la energía, se llama

"bobina secundaria," o "secundario," y tendrá mayor o menor número de vueltas que el primario, según el caso. E l núcleo se compone de placas o láminas de acero de silicio,

pues la inversión constante del flujo de la corriente alterna produce contra-corrientesen un núcleo de hierro macizo. Por lo tanto, si se empleara un núcleo de hierro macizo,

se produciría un recalentamiento en el transformador. E l laminado tiende a quebrar dichas contracorrientes. Para resumir, la teoría del funcionamiento de un

transformador es la siguiente: E l voltaje de la línea envía una corriente por el

primario, produciéndose de ese modo el campo magnético (líneas de fuerzas invisibles)

dentro del núcleo de hierro. Como dicho núcleo también rodea al secundario, el campo

magnético, que aumenta y disminuye a la par de la corriente alterna, atraviesa las

espiras del secundario y, por las leyes de inducción magnética, induce un voltaje en

este devanado. Si se cierra el circuito del secundario mediante el agregado de una

carga, fluirá una corriente en el mismo. E l voltaje inducido en el secundario es

directamente proporcional al número de vueltas de éste, en comparación con el númerode vueltas del primario, a excepción de una ligera pérdida que se explicará más

adelante. Por ejemplo, con 100 vueltas en la, bobina primaria y 200 en la secundaria,

al aplicarse 100 voltios al primario, se inducirán 200 voltios en el secundario. E l

transformador también se regula por sí mismo, es decir" automáticamente. Cuando se

aplica el voltaje de línea al primario, una fuerza electro-motora contrarrestante, ovoltaje, es inducida en ese devanado. E ste voltaje es prácticamente igual al voltaje de

las líneas sin carga alguna. E stando el secundario abierto, este voltaje contrarioimpide que fluya corriente en el primario, a excepción de una cantidad muy pequeña.

Por consiguiente, un transformador sin carga no toma casi corriente alguna de la línea. La pequeña corriente que toma se denomina "corriente excitadora" y sirve para

producir el campo magnético en el núcleo del transformador. E l primer paso en la

construcción del transformador consiste en escoger o hacer el núcleo de hierrolaminado. Las piezas corrientes de hierro en forma de E pueden comprarse para tal.

fin, o bien pueden obtenerse de un transformador quemado. E l núcleo también puede

construirse de tiras de lámina metálica. E n ambos casos debe saberse de antemano

cuál será el tamaño de la bobina acabada, a fin de comprobar si las aberturas de las

ventanas en el núcleo tienen un claro suficiente. La bobina consistirá de un devanado

primario dé alambre y de otro secundario; se envuelven varias capas de papel aislador

y una cubierta de cinta aisladora blanca de algodón alrededor de la bobina acabada.



EL DIS EÑ O

Cuando se conecta una carga al

secundario, la corriente inducida en él debe, de acuerdo con la ley de Lenz, fluir

en dirección tal que se oponga al campo

magnético del núcleo. E sta oposición tiendea reducir la intensidad del campomagnético, lo cual, a su vez; reduce la

contracorriente electro-motora. Como estaúltima se opone al flujo de la corriente en

el primario, resulta evidente que, al reducirse, se permitirá que más corriente

fluya por el primario, para satisfacer los

requisitos de un aumento de carga en el

secundario. De este modo, el transformador

actúa de un modo similar a una válvula

reguladora automática. E l primer pasó que

se debe tener en cuenta al diseñar un

transformador, son las dimensiones del

núcleo y su relación con una magnitud de

voltamperios o "capacidad nominal." Para

beneficio del diseñador aficionado, la tabla

No. 4 puede ser usada como guía general. E sto no quiere decir que se deba seguir

siempre exactamente; ya que, si se empleamenor cantidad de hierro en el núcleo,

deberá compensarse esta situación con unmayor número de vueltas en el primario.

Puede verse en la fórmula, Fig. 6, que larelación entre la superficie del núcleo y el

número de vueltas es mantenida de modoque se asegure una densidad magnética

prudente en el núcleo. Sin embargo, no es

buena práctica 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 núcleos para transformadores con tiras

rectas de acero de silicio, las láminas corrientes de tipo E - Fig. 3, que pueden

obtenerse de un transformador en desuso, resultan más convenientes. Lo que más se

debe tener en cuenta, al diseñar un transformador, es el espesor que se obtiene al

sobreponer las placas laminadas, medido como en la Fig. 2, la anchura de la sección

central, " A ," en la Fig. 3, y el área de las aberturas. E l problema que generalmenteconfrontan los aficionados es determinar el número de vueltas y el espesor del alambre

necesario para producir un determinado voltaje con un núcleo disponible determinado.Supóngase, por ejemplo, que la anchura de la sección central de las placas disponibles

mida 1 1/4", una de las aberturas mida 5/8" x 1 7/8" y que hay suficientes placas para

sobreponerlas hasta formar un espesor de 1 3/4". E l área del núcleo es la anchura de la

sección central (1.25") multiplicada por el espesor de la pila de placas (1.75") A y E ,

Figs. 3 y 5, que equivale a 2.19 pulgadas cuadradas. Usando la tabla de la Fig. 4,

vemos que esto corresponde a una clasificación de 125 voltamperios a 60 ciclos.



2-. CÁ LCU LOS:

Si usamos el transformador con

una línea de 115 voltios y fuese preciso obtener 230 voltios a 0.5

amperios en las salidas del

secundario, debemos multiplicar 230 x 0.5, obteniendo entonces115 voltamperios, lo cual se

encuentra lo suficientementeadentro de la clasificación de

125 voltamperios para el núcleo. Para hallar el número exacto de

vueltas en el devanado

primario" deberá usarse la

fórmula de la Fig. 6. Colocando

los valores correspondientes,

dicha fórmula presentaría la

siguiente forma:

E n esta fórmula, 10^8 toma el

lugar de 100, 000,000

115 es el voltaje primario

4.44 es un factor 60 es la frecuencia

2.19 es el área del núcleo

65 000 son las líneas de fuerza por pulgada cuadrada del campomagnético. En el resultado, 303

vueltas pueden redondearse a

300. El próximo paso es dividir

300 por el voltaje de línea (115)

para 9btener el número de

vueltas por voltio. Esto será de

2.61 aproximadamente. Las

vueltas necesarias en el

secundario, para cualquier voltaje

de salida, se calcularan

multiplicando 2.61 por el voltajedeseado. En este caso, se quieren

obtener 230 voltios, de manera

que: 230 x 2.61=600 vuelta. Las

fugas que se producen en el acero

o cobre, que deben tenerse en

cuenta, pueden compensarse con

un aumento de un 4% en el

número de vueltas. También debe considerarse la "regulación," es decir, la condición que



afecta al voltaje de salida, desde

la falta de carga hasta la carga

total. Generalmente, un

aumento del 2% en el número de

vueltas compensara esta

condición. De manera que, al

aumentar las 600 vueltascalculadas en un 6%, o sea un

total de 636 vueltas, se

obtendrán los 230 voltios

íntegros con una carga de 0.5

amperios.

La tabla de la Fig. 7, muestra

la superficie seccional de los

alambres de cobre. Si se

mueve el punto decimal en la

columna de milésimos (mils)

circulares tres espacios haciala izquierda, es posibledeterminar rápidamente la

capacidad de amperaje decada tamaño. E l "secundario"

manejara 0.5 amperios y, enbase a la tabla, el alambre

No.23, de 509 milésimoscirculares, es el tamaño más

cercano. Para determinar la

corriente.. en el primario,

divida la clasificación de

voltamperios (capacidad nominal) (1l5y por el voltaje

"primario" (115), resultando

esto en un amperio. Como los

transformadores nunca

funcionan con una eficacia

del cien por ciento, es

conveniente agregar un diez

por ciento, es decir, elevar el

total a 1.1 amperios. E n esecaso, el alambre No.19, de

1288 milésimos circulares, es

el tamaño más cercano. E steartículo continúa en el número próximo de

"Mecánica Popular." E n él se suministrará información detallada y completa conrespecto a la construcción practica del transformador.



3-. PROC E SO D E CONSTRUCCIÓN:

Una vez realizados los cálculos, continuaré con

el proceso de construcción. E ste apartado lodividiré en cuatro puntos.

Construcción del carrete .

Para devanar la bobina, será necesario utilizar

una forma como la que se muestra en la Fig.

10. Las dimensiones de la forma deben

calcularse de una manera cuidadosa en

relación al tamaño de las láminas. Las

dimensiones que se suministran resultan

convenientes para las láminas que se muestran

en la Fig. 9.

Bobinado del carrete:

La bobina puede devanarse a mano o con

un taladro de mano fijado en posición con

un tornillo de banco. Sin embargo, puederealizarse un ahorro considerable de

tiempo si la forma se monta en un tornoequipado con un contador de vueltas. E l

contador, que se muestra montado en labancada del torno, Fig . 8, es impulsado por

una banda de caucho, de ajuste apretado,obtenida de una aspiradora al vacío, que se

coloca sobre una polea de madera con undiámetro de 1 pulgada en el árbol del



cortador, y sobre una ranura torneada en el

mazo del mandril del torno. E l bloquecentral de la forma se envuelve primero con

una vuelta de papel flexible para armadura,de un grueso de .010 a .015 pulgadas. E l

extremo inicial de la bobina de alambre,

cuyo largo debe ser de 6", se coloca dentrode una manga de material aislador dealgodón.

Después de devanar las vueltas de labobina primaria, corte el alambre, dejando

unas 6 pulgadas adicionales para formar un contacto. Cubra este contacto con una

manga de algodón y páselo por una ranuraen el lado estrecho de la forma, como se

indica en la Fig . 10. Luego se coloca unatira de cinta aisladora a lo ancho de la

capa superior de alambre y bajo el contactocon manga, Fig . 11 , para un aislamiento

mejor.

Llegado este momento, puede hacerse una

prueba rápida con colocar una de las

láminas en forma de E contra la bobina,

como se muestra en la Fig . 12 , observando

el diámetro de la bobina en relación a las

aberturas de las ventanas en el núcleo.

Luego, coloque una vuelta de papel

aislador alrededor del devanado primario y

proceda a devanar sobre el papel las

vueltas del alambre para la bobina

secundaria. Debe ponerse una manga dealgodón alrededor de ambos contactos de

la bobina secundaria y pasar éstos también por la ranura en el lado estrecho de la

forma. E n algunos transformadores serequieren sólo pocas vueltas con un

alambre bastante grueso. Si es difícil devanar el alambre a causa de su grueso

diámetro, dos alambres con un área

seccional igual al de un solo alambre podrán devanarse paralelamente o lado a

lado, con objeto de facilitar esta labor.

Para un aislamiento mejor, el extremo final

de la bobina descansa sobre un trozo de cinta Para determinar cuánto espacio queda

para la bobina secundaria, sostenga la lámina contra la bobina

La cuerda para atar la bobina se pasa por las ranuras común alambre doblado en uno

de sus extremos



Podrá obtenerse un devanado más

uniforme y perfecto si se emplea unmartillo y un bloque de madera para

golpetear las vueltas ligeramente despuésde devanar cada capa; a fin de que el

alambre se ajuste en forma apretada; Otro

bloque de madera, colocado debajo de la forma y montado sobre la bancada del torno, constituirá un soporte adecuado

mientras se golpetean las vueltas de

alambre.

Después de devanar ambas bobinas, sequitan la forma y las bobinas del torno y se

introducen cuatro trozos de cuerda por lascuatro ranuras y muescas de la forma,

utilizando para ello un alambre, como semuestra en la Fig . 13.

A continuación, las bobinas se atan

firmemente entre sí y la forma se quita.

Debe tenerse sumo cuidado al quitar el

bloque central, a fin de evitar que se altere

la forma de las bobinas. Después de esto,

las bobinas se envuelven con cinta

aisladora de algodón blanco para bobina,

de 3/4" como se ilustra en la Fig . 14.

Corte y quite las cuerdas una a la vez, a

medida que la cinta aisladora se aproxime a ellas, y asegure el extremo de la cinta

aisladora con una aguja é hilo. E l próximo paso consiste en sumergir las bobinas en

barniz aislador; Use barniz de secamiento al airé y permita que la bobina se sumerja

como unos cinco minutos para que se impregne bien.. Después, cuélguela para que seque por varios días, dentro de un sitio seco y caliente. Si la bobina, después de secar,

resulta demasiado grande para ajustarse dentro de las aberturas de las ventanas en lasláminas, vuelva a insertar el bloque central de la forma para devanar y comprima la

bobina en un tornillo de banco, entre dos piezas de madera, como en la Fig . 15. Antesde montar las láminas del núcleo,. Coloque trozos delgados de fibra sobre los lados y

bordes de la bobina que serán cubiertos por el núcleo.

Montaje del núcleo:

Una vez terminado de bobinar el carrete y comprobarlo, tenemos que montar el núcleo

del transformador, utilizaremos las chapas con las que realizamos los cálculos. Habrá

que colocarlas de una en una, de dos en dos, etc., como os guste, pero siempre igual.

Primero las introduciremos por un lado y luego por el otro, alternativamente, también

colocaremos las I a continuación de la E (formas de las chapas). Una vez colocadastodas las chapas necesarias tendremos que aislarlas del resto del transformador con

cartón P RE SP A N, hay que sujetar las chapas con tornillos donde estos tienen que estar aislados y unidos entre sí. Las láminas se colocan alrededor de la bobina en posición



alternada. E sto se realiza con colocar la

parte central de la lámina en forma de E enla abertura del núcleo, como en la Fig. 16.

Luego se empalma una 1ámina recta contralos bordes de la lámina en forma de E , en el

lado opuesto de la bobina, A. continuación,

la parte central de la segunda lámina seinserta en la abertura del núcleo, en el ladoopuesto a donde se colocó la lámina en

forma de E anterior. De esta manera, las

láminas se colocan en una posición

alternada hasta obtener la altura necesaria.

E l próximo paso consiste en hacer cuatro

ménsulas angulares, usando para ello hierro

plano de 3/16". Se perforan dos agujeros en cada ménsula, 10s cuales deben coincidir

con los agujeros en las láminas. Fije las ménsulas angulares al núcleo, usando pernos,

de manera que cada parte doblada de las ménsulas pueda servir de pata sobre la cual

sostener el transformador en posición vertical.

Medida de aislamiento:

Para comprobar que el transformador está aislado de los tornillos y de los bobinados

utilizaremos un polímetro. Comprobando que los tornillos no tengan continuidad con

las chapas, para ello habrá que cubrirlos con un canutillo aislante, y que los distintos

bobinados tampoco tengan continuidad ni con las chap as ni con los tornillos.

Las bobinas acabadas se envuelven con cinta aisladora de algodón. Al llegar a las

cuerdas, quítelas las láminas en forma de E se alternan con las rectas lado a lado

Afin de eliminar zumbidos en el transformador a causa de láminas sueltas, corte dostrozos de fibra dura al ancho de las patas centrales de la lámina e introduzca aquellos

a presión entre la lámina y la bobina, en ambos lados. E l último paso para finalizar la

construcción del transformador consiste en soldar lengüetas de conexión a los extremosde los cuatro alambres de contacto. Un transformador diseñado y construido de una

manera cuidadosa tal como se indica en estas instrucciones y en la Parte I, debe

funcionar eficientemente, con sólo un alza moderada de temperatura y un bajo consumo

de corriente eléctrica.

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