Los transformadores eléctricos controlan la electricidad regulando la tensión y la corriente que salen de estas máquinas. Estas máquinas eléctricas son dispositivos de apariencia muy simple y constan de solo tres o cuatro componentes principales que funcionan en conjunto para proporcionar la salida requerida.
El devanado del transformador es uno de los componentes principales que funcionan para elevar o reducir la tensión eléctrica suministrada. La capacidad del devanado del transformador para elevar o reducir la tensión suministrada y su grado de reducción dependen del diseño y los cálculos realizados durante la etapa de diseño.
Si se pregunta cómo calcular el devanado de un transformador, busca la fórmula de aceleración o cómo calcular la tensión, este artículo es para usted: hemos desarrollado una guía completa sobre cómo calcular el devanado de un transformador.
Le presentaremos todas las terminologías básicas y fórmulas básicas y le proporcionaremos un cálculo simple como muestra.
Conceptos básicos del devanado del transformador
Antes de entrar en el cálculo del devanado de la bobina del transformador, es importante que conozca los conceptos básicos asociados con el cálculo del devanado de la bobina del transformador.
Un transformador consta de dos tipos de devanados: uno se denomina devanado primario y el otro, devanado secundario. El devanado primario recibe la tensión de entrada y el devanado secundario suministra la tensión de salida.
Junto con el tipo de bobinado necesitas saber:
- El valor de la tensión de entrada
- La tensión de salida requerido del transformador
- También es necesario conocer la frecuencia de funcionamiento de la corriente alterna.
- La capacidad de conducción de corriente del cable del que estará hecho el devanado del transformador.
- También hay que saber el material del que estará hecho el núcleo del transformador.
Fórmulas y parámetros clave para el cálculo del bobinado
Para realizar el cálculo adecuado del devanado del transformador, debe conocer las fórmulas del transformador y las ecuaciones del transformador que se utilizarán en el cálculo.
Cálculo de la relación de transformación
Calcular la relación de transformación del transformador es el primer paso para calcular el devanado de la bobina. Esta relación determina si el transformador es elevador o reductor. También define el voltaje que puede extraer del devanado.
Fórmula de la relación de transformación del transformador
N1 / N2 = V1 / V2
En la fórmula anterior, N1 y N2 representan el número de términos en el devanado primario y el número de términos en el devanado secundario del transformador, respectivamente. De forma muy similar, V1 y V2 representan la tensión en el devanado primario y la tensión en el devanado secundario del transformador, respectivamente.
Leer más: ¿Cómo comprobar el primario y el secundario de un transformador?
Cálculo de vueltas por voltio
El término «vuelta por voltio» representa el número de términos en el devanado del transformador necesarios para controlar un solo voltio de electricidad. Esto, a su vez, determinará el número total de vueltas en el devanado primario y el devanado secundario del transformador.
El número de años depende del material del núcleo del transformador y de su tamaño. Se puede calcular mediante la siguiente fórmula para transformadores.
Vueltas por voltio (TPV) = 3615.84 / área (mm²)
Área del núcleo del transformador
El devanado del transformador se realizará en el núcleo del transformador. El área del núcleo del transformador definirá el número de términos por retención e influirá en el número de vueltas y el calibre del cable requerido. El área del núcleo del transformador depende de la potencia eléctrica que este debe controlar. El área del núcleo del transformador se puede calcular mediante la siguiente ecuación del transformador.
Área del núcleo en mm² = ²√Watts * 116.129323
Número total de vueltas
Según el principio de funcionamiento del transformador, el número de espiras en la tensión primaria y secundaria define si el transformador es elevador o reductor. Es necesario conocer el valor de espiras por voltio y la tensión total aplicado al devanado para calcular el número de espiras necesarias. Este valor se puede calcular mediante la siguiente fórmula.
N = VPT * V
En la ecuación anterior, N representa el número de vueltas en el devanado primario o secundario, TPV representa el valor del término por voltio del transformador y tpv representa la tensión aplicada al devanado específico.
Área del núcleo y densidad de flujo magnético
La densidad de flujo magnético del núcleo del transformador se puede calcular utilizando la tensión proporcionada por la frecuencia, el área del núcleo y el número de términos del devanado. A continuación, se presenta la fórmula para calcular la densidad de flujo magnético en un transformador.
B = V4.44 * f * A * N
En la ecuación anterior, la densidad de flujo magnético del núcleo del transformador se mide en teslas. La veer representa la tensión aplicado al devanado y su frecuencia. La A representa el área del núcleo en metros cuadrados y la y representa el número de términos del devanado.
Selección del calibre del cable
En el bobinado de un transformador, es fundamental medir el diámetro exacto del cable, también conocido como calibre. El calibre utilizado en el bobinado depende de la corriente y la densidad de corriente. La densidad de corriente es la corriente por milímetro cuadrado.
La siguiente ecuación permite medir la sección transversal del cable. Permite medir el diámetro exacto y seleccionar el calibre adecuado para el cable del devanado del transformador.
A = I / J
A representa el área de la sección transversal del cable, I representa la corriente en amperios y J representa la densidad de corriente en amperios por milímetro cuadrado.
Guía paso a paso para el cálculo del bobinado de bobinas
Ahora, basándonos en la fórmula del transformador y la ecuación del transformador que hemos presentado anteriormente, le mostraremos cómo realizar el cálculo paso a paso del devanado de su transformador.
Paso 1. Definir la especificación del transformador
El primer paso en el diseño de cualquier devanado de transformador es determinar las especificaciones con las que se diseñará. Estas especificaciones incluyen la tensión primaria que se suministrará al transformador a través del devanado primario, la tensión secundaria que se extraerá del transformador como salida del devanado secundario, la corriente de carga y la frecuencia de operación de la corriente alterna. Para mostrarle un ejemplo de cálculo, le presentamos una fórmula para un devanado de transformador de 220 V a 12 V.
- Tensión primaria = 220 V CA
- Tensión secundaria = 12 V CA
- Corriente de carga = 5A
- Frecuencia de funcionamiento = 50 Hz
Paso 2. Calcular la relación de transformación
El primer cálculo que realizaremos será el de la relación de transformación. Las tensiones primaria y secundaria proporcionados en estos cálculos serán V1 y V2, respectivamente.
N1 / N2 = V1 / V2
N1 / N2 = 220 / 12
N1 / N2 = 18.33
El cálculo anterior significa que el número de términos en el devanado primario será 18.33 veces más que los términos presentes en el segundo devanado, por lo que es un transformador reductor simple que reduce el voltaje de 220 voltios a 12 voltios.
Paso 3. Encontrar el área central necesaria
Es importante encontrar las áreas del núcleo del transformador necesarias para soportar la transferencia de potencia, ya que esta área se utilizará en cálculos posteriores para encontrar el número total de vueltas y también para encontrar la densidad de flujo magnético del núcleo.
Área del núcleo en mm² = ²√Watts * 116.129323
Área del núcleo en mm² = ²√60 * 116.129323
Área del núcleo en mm² = 899.5 = 900
La potencia del transformador se mantiene constante tanto en la entrada como en la salida, por lo que no importa la tensión ni la corriente que se utilicen para obtener la potencia. En nuestro caso, si multiplicamos los 12 voltios de salida por la corriente de carga de 5 amperios, obtenemos una potencia de 60 vatios para este transformador.
Paso 4. Encontrar la vuelta por voltio para el devanado
Calcular el término que dará los rendimientos del devanado primario y luego los términos del devanado secundario necesarios para controlar o regular un voltio de corriente eléctrica. Depende totalmente del área del núcleo del transformador que calculamos anteriormente.
Vueltas por voltio para 50 Hz = 3615.84 / área (mm²)
Vueltas por voltio para 50 Hz = 3615.84 / 900 (mm²)
Vueltas por voltio para 50 Hz = 4.0
Entonces, con el área del núcleo del transformador dada, tenemos un valor de vuelta por vuelta de 4 para una corriente alterna de 50 Hz.
Paso 5. Determinar el número de espiras
Ahora podemos usar la espira por voltio y la tensión del devanado primario y secundario para calcular la cantidad total de espiras que necesitamos en el devanado primario y secundario del transformador para obtener la función de reducción requerida de nuestro transformador.
Por lo tanto, el número total de términos en el devanado primario se puede calcular como
N1 = VPT * V
N1 = 4 * 220
N1 = 880
De manera similar también podemos medir el número de términos en la advertencia secundaria del transformador.
N2 = VPT * V
N2 = 4 * 12
N2 = 48
Aquí también podemos comprobar si el número de espiras en el devanado primario y el secundario cumple con la relación de transformación calculada en los primeros pasos. Como inicialmente medimos, la relación de términos N1/N2 es igual a 18,33.
N1 / N2 = 18.33
880 /48 = 18.33
18.33= 18.33
Como hemos obtenido, el lado izquierdo es igual al lado derecho por lo que ahora podemos decir que sus cálculos de número total de vueltas en la advertencia primaria y secundaria del Transformador satisfacen la relación de términos que hemos calculado inicialmente en función de la tensión proporcionada y requerida por el transformador.
Paso 6. Medir el calibre del cable
En el último paso, mediremos el calibre del cable que se utilizará para fabricar los devanados primario y secundario del transformador. El calibre del cable primario y secundario será diferente, ya que ambos procesan distintas cantidades de corriente eléctrica.
Medición del tamaño del cable para el devanado primario
I = P/V
En la ecuación anterior
I = corriente en el devanado primario
P = potencia del transformador
V = tensión aplicada
I = 60/220
I = 0.27 A
Considerando la densidad de corriente estándar de 3 amperios por milímetro cuadrado, podemos medir el tamaño del cable en mm cuadrados a partir del valor de corriente calculado.
Tamaño en mm cuadrados = Corriente / Densidad de corriente
Tamaño en mm cuadrados = 0.27 / 3
Tamaño en mm cuadrados = 0.09
Medición del tamaño del cable 4 del devanado secundario
I = P/V
I = 60/12
I = 5 A
Tamaño en mm cuadrados = Corriente / Densidad de corriente
Tamaño en mm cuadrados = 5/3
Tamaño en mm cuadrados = 1.7
Selección de calibres de cable adecuados:
- Cable primario: SWG 34 (~0.09 mm²)
- Cable secundario: SWG 14 (~1.7 mm²)
Conclusión
Los transformadores son dispositivos eléctricos muy eficientes y de diseño preciso. Si está diseñando un transformador, debe realizar los cálculos de su bobinado. Este cálculo depende de la tensión del devanado primario, la tensión del devanado secundario, la frecuencia de la tensión y la corriente de carga. Durante el diseño, debe calcular la relación de espiras, el área del núcleo, el valor de espiras por voltio y el número total de espiras en los devanados primario y secundario. También debe calcular el calibre del cable con el que se fabricarán los devanados primario y secundario.
La transformación es un proceso complejo que requiere analizar diversos detalles, información y especificaciones, así como realizar cálculos en serie que definirán las especificaciones del devanado y el núcleo del transformador. En Daelim Belefic, diseñamos y desarrollamos transformadores de todo tipo, tamaño y capacidad de carga, siguiendo los más altos estándares internacionales.
Si tiene alguna pregunta relacionada con el cálculo del bobinado del transformador, puede contactarnos y nuestro equipo de diseñadores lo guiará a través del proceso.
