Construya su Propio TransformadorPor H arold P. Strand PARTE I - EL D ISEO

EL DISEAR y construir pequeos transformadores monofsicos, como los empleados por

experimentadores en electricidad y radio-tcnicos, constituye una ocupacin interesante e

instructiva. Aun cuando es posible comprar transformadores de voltajes corrientes, con frecuencia

se requieren voltajes especiales para tareas experimentales o aparatos nuevos. Es mucho ms

econmico el construir uno mismo tal transformador que encargar su construccin a terceros.

Un transformador elemental consiste de un ncleo de hierro laminado sobre el cual se envuelve

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 en las Figs.

1 y 5. Este ltimo tipo de devanado, siendo el ms comn, ser discutido en este artculo.

Como se indica en la Fig. 5, una de estas bobinas lleva el nombre de "bobina primaria," ,o

"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, 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.

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 ala par de la corriente alterna,

atraviesa las espiras del secundario 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 corriente en 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. El transformador tambin se regula por s mismo, es decir" automticamente.

Cuando se aplica el voltaje de lnea al primario, una fuerza electro-motora contrarrestante, o

voltaje, es inducida en ese devanado. Este voltaje es prcticamente igual al voltaje de las lneas

sin carga alguna. Estando el secundario abierto, este voltaje contrario impide que fluya corriente

en el primario, a excepcin de una cantidad muy pequea. Por consiguiente, un transformador sin

carga no toma casi corriente alguna de la lnea. La pequea corriente que toma se denomina

"corriente excitadora" y sirve para producir el campo magntico en el ncleo del transformador.

Cuando se conecta una carga al

secundario, la corriente inducida en l debe,

de acuerdo con la ley de Lenz, fluir en

direccin tal que se oponga al campo

magntico del ncleo. Esta oposicin tiende

a reducir la intensidad del campo

magntico, lo cual, a su vez; reduce la

contracorriente electro-motora. Como esta

ltima se opone al flujo de la corriente en el

primario, resulta evidente que, al reducirse,

se permitir que ms corriente fluya por el

primario, para satisfacer los requisitos de

un aumento de carga en el secundario. De

este modo, el transformador acta de un

modo similar a una vlvula reguladora

automtica. 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." Para beneficio del

diseador aficionado, la tabla No. 4 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. Puede

verse en la frmula, Fig. 6, que 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 para

transformadores con tiras rectas de acero

de silicio, las lminas corrientes de tipo E-

Fig. 3, 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, medido como en la Fig.

2, la anchura de la seccin central, "A," en la

Fig. 3, y el rea de las aberturas.

El problema que generalmente confrontan

los aficionados es determinar el nmero de

vueltas y el espesor del alambre necesario

para producir un determinado voltaje con un

ncleo disponible determinado. Supngase,

por ejemplo, que la anchura de la seccin

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". El rea del ncleo es la anchura de la

seccin 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

clasificacin de 125 voltamperios a 60

ciclos.

Si usamos el transformador con una lnea 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

entonces 115 voltamperios, lo cual se encuentra lo suficientemente adentro de la clasificacin

de 125 voltamperios para el ncleo.

Para hallar el nmero exacto de vueltas en el devanado "primario" deber usarse la frmula de

la Fig. 6. Colocando los valores correspondientes, dicha frmula presentara la siguiente

forma:

En esta frmula, 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 rea del ncleo

65 000 son las lneas de fuerza por pulgada cuadrada del campo magntico.

En el resultado, 303 vueltas

pueden redondearse a 300.

El prximo paso es dividir

300 por el voltaje de lnea

(115) para 9btener el

nmero de vueltas por

voltio. Esto ser de 2.61

aproximadamente. Las

vueltas necesarias en el

secundario, para cualquier

voltaje de salida, se

calcularan multiplicando

2.61 por el voltaje deseado.

En este caso, se quieren

obtener 230 voltios, de

manera que: 230 x

2.61=600 vueltas. 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

nmero de vueltas.

Tambin debe

considerarse la

"regulacin," es decir, la

condicin que afecta al

voltaje de salida, desde la

falta de carga hasta la

carga total. Generalmente,

un aumento del 2% en el

nmero de vueltas

compensara esta

condicin. De manera que,

al aumentar las 600 vueltas

calculadas en un 6%, o sea

un total de 636 vueltas, se

obtendrn los 230 voltios

ntegros 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 milsimos

(mils) circulares tres

espacios hacia la izquierda,

es posible determinar

rpidamente la capacidad

de amperaje de cada

tamao. El "secundario"

manejara 0.5 amperios y,

en base a la tabla, el

alambre No.23, de 509

milsimos circulares, es el

tamao ms cercano. Para

determinar la corriente.. en

el primario, divida la

clasificacin 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. En

ese caso, el alambre

No.19, de 1288 milsimos

circulares, es el tamao

ms cercano. Este artculo

contina en el nmero

prximo de "Mecnica

Popular." En l se

suministrar informacin

detallada y completa con

respecto a la construccin

practica del transformador.