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Curs de components inductius

Departament d’Electrònica

Enginyeria La Salle

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Índice

1.      Introducción a los transformadores

2.      Partes de un transformador

3.      Tipos de transformadores

4. Transformador con núcleo EI

5.      Diseño de un transformador EI

6.      Ejemplo de diseño de un transformador EI

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1. Introducción a los transformadores

Son dispositivos que transforman la energía eléctrica, cambia la tensión de salida respecto a la de entrada, pero sin modificar la potencia total.

Red Eléctrica Utilización PotenciaAV 5.0220 AV 225 W110

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2. Partes de un transformador

• Bobinados

Existirán dos bobinados: Primario y secundario.

Están formados por un cierto número de espiras, muy próximas entre sí, las cuales crearán un campo magnético.

Primario: Pueden haber uno o varios, y es donde conectaremos la red de alimentación.

Secundario: También pueden haber varios, y es donde conectaremos la carga y nos dará la tensión requerida.

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2. Partes de un transformador

Jugando con el número de espiras que ponemos en cada devanado, podremos obtener una relación como la siguiente:

Y despejando la tensión del secundario, establecemos una relación directa:

NseVse

NprVpr

NprNse

VprVse

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2. Partes de un transformador

• Núcleo

Es el encargado de almacenar la energía magnética, para ello se eligen materiales ferromagnéticos, que tengan las menores pérdidas posibles.

Los más utilizados son el hierro dulce, el hierro con granos de silicio orientados y las ferritas.

• Carrete

Es donde irán colocados los devanados primario/s y secundario/s.

Están hechos de plástico, baquelitas o fibra de vidrio.

Pueden ser de uno o dos cuerpos, en caso de aislarlos.

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2. Partes de un transformador

Carrete de 1 cuerpo

Carrete de 2 cuerpos

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3.      Tipos de transformadores

• EI

Son los transformadores más utilizados, y que veremos más adelante.

• Toroidales

Núcleo con forma de “toro”.

Se aprovecha todo el núcleo para transferir energía.

Interferencias mínimas.

Precio más elevado que el EI.

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3.      Tipos de transformadores

• De impulsos

Estos no proporcionan energía, sino que forman parte activa de dichos sistemas.

Ejemplo de uso: Excitación de etapas de potencia desde circuitos digitales de control.

• De M.A.T.(muy alta tensión)

Elevan bastante el voltaje aplicado.

• De audio

Sustituidos actualmente por circuitos de salida con transistores complementarios.

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3.      Tipos de transformadores

• De Radiofrecuencia

Se usan en etapas de frecuencia intermedia en los emisores y receptores de radio y TV.

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4. Transformador con núcleo EI

Son los transformadores más usados, cuyo núcleo está formado por chapas de hierro EI.

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5. Diseño de un transformador EI

Cuando queremos calcular un transformador hemos de empezar sabiendo las tensiones que queremos y las corrientes que necesitamos, y así su potencia:

La relación de espiras o relación de transformación entre el primario (p) y el secundario (s), será:

Ahora veremos como calcular el resto de parámetros:

Vp Ip Vs Is Potencia(W)

Vp

Vs

Is

Ip

Espiras Primario

Espiras Secundario RT

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5. Diseño de un transformador EI

Dada la siguiente estructura del núcleo EI:

Valores de a estandarizados:

6.25 7.00 8.00 8.75 9.00 10.00

11.00 12.50 14.00 16.00 18.00

21.00 25.00 30.00 32.50 35.00

40.00 50.00 60.00 70.00 (mm)

En la rama central depositaremos el carrete, para bobinar sobre él los devanados de cable barnizados.

Los tamaños que se obtienen en los cálculos son aproximados, ya que luego se utilizarán valores DIN normalizados.

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5. Diseño de un transformador EI

1.Sección real del núcleo (Sr,sin barniz) y sección bruta del núcleo(Sb,sin barniz) :

Sr K Pn (cm )2

Sb 1.1 Sr

Nº ChapasSr

(2a) g

N10

4.44 f B Sr

4

(cm )2

Donde K depende de las chapas del núcleo (típicamente K=1.2),y Pn es al potencia del trasformador.

2.Número de chapas:

Donde g es el grueso de las chapas (típicamente 5mm)

3.Número de espiras por voltio en cada devanado:

F es la frecuencia en Hz.

B es la inducción en Teslas

(típicamente B=1T)

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5. Diseño de un transformador EI

4. Cálculo y corrección en el número del espiras de cada devanado para compensar pérdidas aproximadas del 10% por devanado (rendimiento del 80%)

Np 0.9 N Vp

Ns 1.1 N Vs

Vp es la tensión del primario en voltios

Vs es la tensión del secundario en voltios

5.Cálculo de la sección del hilo en los devanados según la intensidad que circulará:

SI

J J es la densidad de corriente( )2A / mm2 4A / mm2

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6. Ejemplo de diseño de un transformador EI

Queremos construir un transformador de 1Khz que nos convierta una señal de 220V y 0.3 A,a una señal de 5V (y aprox. 13A), su potencia será:

Así, la relación de transformación y de número de espiras será:

Secciones del núcleo: Si utilizamos una chapa de a=7mm

VA6613A5V0.3A220V

220

5

13

0 344

V

V

A

A

.

Sr = 1.2 66 cm

Sb = 1.1 cm cm

2

2

9 75

9 75 10 72

.

. .14

0.50.729.75cm

=ChapasNº2

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6. Ejemplo de diseño de un transformador EI

N =10

4.44 1k 1T cm0.23 espiras / voltio

4

2

9 75.Después de calcular el número de espiras por voltio, calculas el número de espiras del primario y del secundario:

Np = 0.9 0.23 220 46 espiras primario

Ns = 1.1 espiras secundario

0 23 5 2.

Finalmente, calcularemos la sección del hilo.Para ello supondremos que utilizamos el mismo tipo de hilo en el primario y el secundario.Así que cogeremos la I más grande, la del secundario:

S =13.2A

2A / mmmm2

26 6.