Informe Proyecto Circuitos

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DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

Fundamentos de circuitos eléctricos TEMA Proyecto: “Transformador con cargas múltiples” AUTORES: Chiguano Adrián Criollo Oswaldo Velasco Santiago

DOCENTE: Ing. Jessica Ortiz

PERIODO ACADÉMICO: Octubre 2018 – Febrero 2019

INTRODUCCIÓN El presente proyecto está enfatizado en la investigación, desarrollo y construcción de un transformador sin Tap central que arrogue alrededor de 12 v, tomando en cuenta que por lo general el voltaje que se maneja en un enchufe es de 110v o 220v, es por esto que el método para el cual debemos aplicar conocimientos de circuitos electrónicos e investigar la manera de solucionar este problema que el transformador debe rectificar su voltaje y pueda ser utilizado en otros circuitos eléctricos que manejan voltajes más pequeños como en este caso son los 12v. El voltaje que se aplica al transformador y debe reducirse se calcula con fórmulas que se aplican en cuanto a las vueltas y las dimensiones del núcleo además del material con que este hecho , otros de los factores que debe aplicarse aquí son el diámetro del alambre de bobinado y de los amperajes que posiblemente nos va a dar el circuito es por eso que el desarrollo de este transformador debe ser llevado a cabo primero con una análisis de cálculos y en los siguientes procedimientos realizamos el desmontaje de las piezas de un transformador normal para verificar las dimensiones y el material del mismo. Al desmontar todas las piezas del transformador observamos que había varios Tap central para distintos voltajes además el devanado en cada uno de ellos, ya con todas las piezas listas

y el núcleo desarmado procedimos a armar el bobinado con mucha

precaución usando guantes para evitar posibles agentes externos como el sudor, la humedad que puedan afectar el funcionamiento e interrumpan el voltaje requerido, luego de seguir otras recomendaciones se armó el bobinado y se procedió a realizar algunos ajustes. Finalmente luego de varias intentos y de varios contratiempos el transformador fue armado exitosamente y realizado algunas pruebas nos percatamos de que en ocasiones había una variación de voltaje al ser medido por el multímetro y esto es a que el bobinado no es perfecto y que siempre hay factores que hacen que estos valores varíen y no sean exactos.

MARCO TEÓRICO TRANSFORMADOR

Es un dispositivo eléctrico para cambiar las amplitudes relativas de voltaje y corriente en un circuito de CA, manteniendo la frecuencia, también se puede usar para aislar eléctricamente un circuito, se debe tener en consideración que no existen transformadores de corriente directa. Está conformado por un devanado primario y un devanado secundario, cuyos flujos magnéticos están ligados mediante un núcleo ferromagnético. El principio básico de funcionamiento sucede cuando se induce una corriente alterna en el devanado primario, lo cual crea un flujo magnético en el núcleo del transformador, y, por lo tanto, también se crea en el devanado secundario. En consecuencia, se produce un voltaje variable en el devanado secundario, puede ser mayor o menor dependiendo del tipo de transformador.

 FUNCIONAMIENTO Como dijimos anteriormente, el principio de funcionamiento de un transformador se basa en el fenómeno de la inductancia magnética entre dos circuitos.

Recordemos que un transformador eléctrico tiene un devanado primario y uno secundario. Al conectar el bobinado primario a una fuente de tensión alterna, se produce una inducción de flujo magnético en el núcleo de hierro. En un transformador ideal el 100% del flujo es recogido por el bobinado secundario, sin embargo, en la realidad una pequeña parte de este flujo se pierde. Si el segundo circuito está cerrado, por el principio de inducción magnética se generará una tensión inducida en él. Si suponemos que se trata de un transformador ideal, esta tensión inducida dependerá únicamente de la relación existente entre el número de espiras o vueltas del bobinado primario (n1) y del secundario (n2), además de la tensión de entrada en el bobinado primario. Esta relación se conoce como “Relación de transformación“. La fórmula sería la siguiente:

m = n1 / n2 = V1 / V2 Si conocemos la relación entre el número de vueltas del bobinado primario y del secundario, podremos conocer la relación de transformación (m).

 PARTES PRINCIPALES Un transformador simple se compone esencialmente de tres partes. 

Devanado primario:

El devanado primario está conectado a la fuente de energía y recibe la fem de corriente alterna que se quiere aumentar o disminuir desde la línea de suministro. Puede ser un devanado de bajo o alto voltaje, dependiendo de la aplicación y tipo de transformador.



Núcleo:

Es en donde se enrollan los devanados y donde se produce el flujo magnético alterno, por lo regular están construidos por una serie de láminas aisladas eléctricamente. para minimizar corrientes parásitas. 

Devanado secundario:

El devanado secundario es el que suministra el potencial transformado a la carga y es donde se genera la fuerza electromotriz (voltaje) por el cambio de magnetismo en el núcleo al cual rodea. Puede ser un devanado de bajo o alto voltaje, dependiendo de la aplicación del transformador.

 TAP CENTRAL Los "taps" (derivación en español) no son más que derivaciones de alguno de los bobinados del transformador, a veces para cambiar el voltaje de entrada, o para escoger distintos voltajes de salida en el secundario, o para variar la impedancia de carga en caso de un transformador de audio, ya sea de acoplamiento, micrófono o de salida. Aunque la prueba que sugiere Fogonazo es buena, debe realizarse SOLAMENTE cuando estás seguro de haber identificado los cables que corresponden al primario o entrada de la red, además de saber que es un transformador de poder y no uno de adaptación de impedancias u otro uso que no sea el de proveer alimentación de distintos voltajes al de la red. Si aplicas una tensión AC en serie con un foco o bombilla así sea de 20 watts, corres el riesgo de quemar el bobinado en caso de que por ejemplo, sea para una salida de 5 volts AC pero de muy baja corriente, porque lógicamente el alambre utilizado es muy delgado y con la corriente limitada por el foco puede ser suficiente para que se queme ese bobinado. Si aplicas el mismo voltaje con el foco a un bobinado de muy alta tensión, corres el peligro de generar un transitorio muy grande voltaje que puede destruir el dieléctrico, es decir el material aislante entre capa y capa del transformador.

PROCEDIMIENTO Para poder desarrollar el transformador primero debemos adquirir ciertos materiales que se presentan en la siguiente tabla TABLA DE MATERIALES

COMPONENTES

CABLE DE TIMBRE

ALAMBRE MAGNETO 17

ALAMBRE MAGNETO 15

TRANSFORMADOR

AMOLADORA

CONECTOR

CANTIDAD

1 metro

5,9 Kg

1,82 kg

1

1

1

DESCRIPCIÓN

CABLE GEMELO

1 metro

MULTÍMETRO 1

PINZAS

2

CARGA DE PRUEBA

Pro toboard, diodo y resistencia

MARTILLO

1

DESTORNILLADOR

1

CAUTÍN

1

ESTAÑO

COMBO

PAPEL PARAFINADO

2 metros

1

1

CINTA DE ENMASCARAR 1

LIJA DE AGUA

1 medida 200

ENCENDEDOR

1

CUCHILLO 1

A continuación se detallan los pasos a seguir para construir un transformador con cargas múltiples basándonos en el siguiente esquema.

Paso 1

Recopilar información en diferentes fuentes sobre el tema para poder desarrollar el proyecto de la mejor manera. Buscar un transformador que cumpla con los

Paso 2

requisitos necesarios. Para lo cual se adquirió un trasformador de un equipo de sonido.

Procedemos a desarmar y des bobinar al Paso 3

trasformador, de tal manera que se pueda observar su estructura interna.

Paso 4

Determinar el tamaño del núcleo para posteriormente calcular a potencia. Determinar la intensidad para cada una de las

Paso 5

salidas, para calcular el calibre del cable

Realizamos los cálculos respectivos para conocer el número de vueltas Paso 6

necesarias para la bobina principal y las bobinas secundarias.

Para obtener 2 amperios en cada una de las salidas, primero se determina si el núcleo entrega la potencia suficiente para cada carga tomando en cuenta que en un transformador con múltiples cargas, la potencia suministrada es igual a la suma de las potencias disipadas en cada una de las cargas: 𝑃𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 (𝑆𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠) Como se requieren 2 amperios en cada carga entonces:

𝑃1 = 𝑉1 ∗ 𝐼 = 24 𝑉 ∗ 2 𝐴 = 48 𝑊 𝑃2 = 𝑉2 ∗ 𝐼 = 12 𝑉 ∗ 2 𝐴 = 24 𝑊 𝑃3 = 𝑉3 ∗ 𝐼 = 12 𝑉 ∗ 2 𝐴 = 24 𝑊 𝑃 = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 = 48 𝑊 + 24 𝑊 + 24 𝑊 = 96 𝑊 𝑃𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜𝑟 = 96 𝑊 Como el transformador requerido es de 96 Watts hay que determinar si el núcleo del transformador a rebobinar tiene la misma potencia o mayor que la calculada, caso contrario no cumpliría lo requerido: 𝑋 = 3.5 𝑐𝑚 𝑌 = 10 𝑐𝑚 𝑆(𝑆𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑛ú𝑐𝑙𝑒𝑜) = 𝑋 ∗ 𝑌 = 35 𝑐𝑚2 𝑃 = 𝑆 2 = 1225 𝑊 Como el transformador cumple con la potencia que necesita cada carga entonces se procede a determinar el número de vueltas por voltio del transformador basándonos en la ley de Faraday: 𝑉 = √2𝜋𝑁𝑓𝜑𝑚 = √2𝜋 ∗ 𝑁 ∗ 𝑓 ∗ 𝑆 ∗ 𝐵 𝑁=

108 √2𝜋 ∗ 𝑓 ∗ 𝑆 ∗ 𝐵

[𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑖𝑜]

La red doméstica en Ecuador suministra 120 V Ac con una frecuencia de 60 Hz, como la potencia requerida es de 96 W, la densidad de flujo se determina por tabla, en este caso es de 8000 Gauss para potencias menores

a 150, reemplazando estos datos con la sección del núcleo obtenemos: 𝑁 = 1.2 [𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠] Por lo tanto el número de vueltas de cada bobinado es: 𝑁𝑃 = 1.2 ∗ 120 = 144 𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑁1 = 1.2 ∗ 24 = 29 𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑁2 = 1.2 ∗ 12 = 15 𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑁3 = 1.2 ∗ 12 = 15 𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 Ahora procedemos a determinar el calibre del alambre que necesitaremos, para esto necesitamos determinar la corriente que circulara por cada una de las bobinas del transformador: 𝑃𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 = 𝑉 ∗ 𝐼𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 𝐼𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 =

𝑃 96 = 𝐴 = 0.8 𝐴 𝑉 120

𝑃𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 → 𝐼 = 0.8 𝐴 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑠 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎𝑠 → 𝐼 = 2 𝐴 Una vez determinadas las corrientes, se procede a determinar el calibre del alambre basándonos en una tabla AWG, que designa un calibre de cable según la corriente que se necesita hacer circular por el mismo: Tabla AWG Calibre

Máximo amperaje soportado

18

2,3

22

0.92

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Paso 7

Paso 8

Realizar el bobinado primario

Realizar el bobinado secundario para los 12V y 24V

Paso 9

Paso 10

Rearmar el transformador.

Asegurar las chapas del transformador, de tal manera que no vibre. Realizar las pruebas respectivas. Tabla de valores de intensidad y voltaje de salida Voltaje Bobina secundaria 1 Bobina secundaria 2 Bobina secundaria 3

Paso 11 Intensidad Bobina secundaria 1 Bobina secundaria 2 Bobina secundaria 3

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BIBLIOGRAFÍA 

analógico, D., Alimentación, F., Guzman, J., Guzman, J., analógico, D., & Alimentación, F. (2019). Tap o derivación en transformadores. Retrieved from https://www.forosdeelectronica.com/threads/tap-o-derivaci%C3%B3n-entransformadores.12272/

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González, V. (2019). ▷ Qué es un 【 TRANSFORMADOR 】 | Funcionamiento | Aplicaciones ◁. Retrieved from https://piensa3d.com/que-es-un-transformadortipos-funcionamiento/

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Ley de Faraday. (2019). Retrieved from https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faraday

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💡 Transformadores ⚡ ¿Qué es un transformador? — MecatrónicaLATAM. (2019). Retrieved from https://www.mecatronicalatam.com/transformador/