Marco teoricoCLCULO Y DISEO DE UN TRANSFORMADOR HASTA 5000 VA DE POTENCIA{

IV.FUENTES DE DATOS EMPRICOS

1. Constantes empricas y de clculo de uso comn y general

$c =8$/KgPrecio del cobre en plazaFuente "ElectroMotor"$h =3.5$/KgPrecio del hierro en plazaFuente "ElectroMotor"

2. Tablas empricas y estadsticasSon de aplicacin comn a todos los casos de clculos aqu presentados. Fueron obtenidos a partir de diversos autores, los que en cada caso se indican.

Tipo trafoDensidad de corriente [A/mm2]Tipo servicio 50 a 60 HzFlujo de induccin mximo [Gauss]NormalAdmisibleHierro comnHierro calidadBobinado a aire12Intermitente1000013000Bao de aceite1.52.5Contnuo1300015000Bao de agua2.53Se explica que las cifras para servicio intermitente sean menores porque se trata de reducir la prdidas en el hierro para aumentar las de cobre. Para frecuencias menores (25 Hz) los valores se refuerzan en un 10%.Aceite forzado2.53.5Mejor3.54Tratado de Electricidad, Pg. 211, ???Tratado de Electricidad, Tomo II, 7ma. dicin, Pg. 294, Francisco L. Singer

V. GEOMETRA DEL NCLEO ACORAZADO

Longitud aprox del hierro

VI. ESTRUCTURA LGICA DEL CLCULO

INGRESAR DATOS:Calculo del reaClculo de la potenciaClculo del nmero de espirasDeterminacin de la corrienteDeterminacin de la seccin del conductorHallando el calibre del conductorHallando Peso del conductorClculo de espiras/capas y #capas Clculo de ancho de la bobinaClculo de peso del fierro(Wfe):

CLCULO Y DISEO DE UN TRANSFORMADOR HASTA 5000 VA DE POTENCIA

CONTENIDO : I. OBJETIVOS II. MARCO TERICO III. CONVENIO SOBRE VARIABLES Y SUBNDICES IV. FUENTES DE DATOS EMPRICOS V. GEOMETRA DEL NCLEO ACORAZADO VI. ESTRUCTURA LGICA DEL CLCULO

I.-OBJETIVOS

Los objetivos de este trabajo son:- Determinar los principios tericos de los trasnformadores.- Familiarizarse con los diferentes materiales, herramientas y tecnicas que se utilizan en el diseo y ensamblaje de los transformadores

II.- MARCO TERICO

El transformador es una mquina elctrica esttica (sin partes mviles) que cumple la tarea de transformar las magnitudes elctricas alternas para adecuarlas a determinadas aplicaciones. Su funcionamiento, fsicamente est basado en la induccin magntica que provoca la circulacin de una corriente por un conductor, en las cercanas de un material capaz de conducir y concatenar ese magnetismo inducido. Esta es -por otra parte- la razn esencial por lo que esta mquina elctrica solo funciona con corriente alterna (no con contnua). Cada transformador posee un arrollamiento PRIMARIO, que es el que recibe la energa elctrica de alimentacin, y de un SECUNDARIO encargado de entregar esa misma energa elctrica (menos las prdidas) con las caractersticas adecuadas al circuito que deba alimentar. Todas las mquinas -naturales o artificiales- experimentan prdidas de energa para su funcionamiento. El transformador es una mquina casi ideal, porque su rendimiento es elevado (entre el 95 y el 99%). Respecto de las prdidas que hemos citado, es necesario reconocerlas -para su anlisis- clasificadas como se ve a continuacin:

perdidas en el hierro:a) Prdidas por Corrientes Parsitas (o de Foucalt) b) Prdidas por Ciclo de Histrisis perdidas en el cobrec) Prdidas por la Resistividad del Cobre

Para minimizar las prdidas por Corriente Parsitas, las chapas magnticas se fabrican alendolas con silicio con el fin de aumentar su resistividad; y tambin se las fabrican laminadas con el fin de interrumpir los circuitos volumtricos donde puedan generarse.

Las prdidas por Ciclo de Histrisis, estn directamente relacionadas con las caractersticas intrnsecas de los materiales magnticos empleados en la construccin de las chapas. El ciclo de histrisis es el responsable de la magnatizacin remanente del ncleo. Con buenos materiales (ncleos de grano orientado), es posible minimizar esta prdida, pero no eliminarla por completo. En cuanto a las prdidas por Resistividad en el Cobre, se reducen grandemente aplicado cobre electroltico con la menor cantidad de impurezas posible.

Como podemos observar, en cuanto a las prdidas totales que puedan tener lugar en un transformador, estamos completamente sujetos a la calidad del hierro y del cobre que nos presenta la industria local. A nosostros, como diseadores, solo nos queda el recurso de jugar en el diseo con las cantidades de hierro y de cobre tendientes a equilibrar y llevar a un mnimo dichas prdidas... por supuesto, siempre que tengamos en mente construir un buen transformador.

III. CONVENIOS SOBRE VARIABLES Y SUBNDICES

Es necesario definir una consistente y slida convencin de nomenclatura, en cuanto a las letras y subndices que se aplicarn en el clculo. Esto es harto necesario para evitar caer en confusas ambigedades.

Seccion del nucleo

DiseoDISEO DE TRANSFORMADOR

INGRESAR DATOS:

INGRESAR "a" :4cmINGRESAR "b" :8cmTension de entrada:220VTension de salida:5000Vfrecuencia(f):60Hzinduccion magnetica(B):12000gaussdensidad de corriente():3A/mmfactor de regulacion :5%factor de apilamiento:0.9peso especfico del fierro ()7.7gr/cm Longitud del fierro48cm

Calculo del rea

rea (A):57.6cmFrmula:

Clculo de la potencia

Potencia(Ps) :3317.76VAREDONDEO DE POTENCIA:3300VAFrmula:

Clculo del nmero de espiras

Primario N1:120espirasSecundario N2:2715.3890001112espirasFrmula:

aplicando el factor de regulacion a N2

Secundario N2:2852espiras

Determinacin de la corriente

Primario I1:15.0807272727AFrmula:Secundario I2:0.663552A

Determinacin de la seccin del conductor

Seccin primaro S1:5.0269090909mmFrmulaSeccin secundario S2:0.221184mm

Hallando el calibre del conductor

Primario S1:

Calibre:10A.W.GSeccion "S":5.621mmDimetro aislado"":2.6782mmPeso:46.77Kg

Secundario S2:

Calibre:23A.W.GSeccion "S":0.2582mmDimetro aislado"":0.631mmPeso:2.295Kg

Hallando Peso del conductor

Perimetro del conductor:32cm8

Hallamos la longitud media:35cm888Peso Cu Primario "PCU1":1964.34g

Peso Cu Secundario "PCU2":2290.869g8

Peso Cu total:4.255209kgFrmula:

Clculo de espiras/capas y #capas

#Espiras/capas en primario45espiras#Espiras/capas en el secundario378espiras

#Capas en el primario3capas#Capas en el secundario8capas

Clculo de ancho de la bobina

Ancho de la bobina primaria:8.83806mm

Ancho de la bobina secundaria:5.5528mm

grosor total de papel aislante primario2mm

grosor total de papel aislante secundario6.3mm

Total aislante8.3mmTotal bobinado22.69086mm

situacin:APROBADO

Clculo de peso del fierro(Wfe):

Peso del Fierro (Wfe):21.28896kgFrmula:Wfe=Lfe.Aefectiva.

b

2a

TablaESCALA AWGDIAMETRO DESNUDO (mm)DIAMETRO AISLADO (mm)DIS2SECCION (mm2)RESISTENCIA A200C R/1000mPESO DESNUDO Kg/1000m"0000"11.6540107.2000.1608953.2"000"10.403885.0300.2028755.9"00"9.265967.4300.2557599.2"0"8.252453.4800.3224475.417.34827.438242.4100.4066377.026.54306.633033.6300.5127299.035.82575.916726.6700.6322242.045.18925.279221.1500.8152188.054.62034.710216.7701.029149.164.11434.205613.3001.296118.273.66523.755210.5501.63493.7883.26333.353911.2508.3662.06174.3792.90572.99578.9746.6342.59958.93102.58822.67827.1725.6213.27746.77112.30372.39375.7304.1724.13237.09122.05232.13904.5753.3095.21129.42131.82881.91103.6552.6246.57123.33141.62811.70562.9082.0818.28518.50151.45031.52032.3101.65010.4514.67161.29031.36531.8631.30913.1711.63171.15061.22561.5001.03816.619.226181.02361.09361.2000.823120.957.317190.91180.98180.9650.652726.425.602200.81280.88030.7750.517633.314.602210.72390.78640.6200.410542.003.66490220.64260.70260.49350.325552.962.89400230.57400.63100.39800.258266.792.29500240.51050.56620.32050.204784.211.82000250.45460.50660.25700.1624106.2001.44300260.40380.45380.20550.1288133.9001.14500270.36060.40810.16630.1021168.9000.90692280.32000.36250.13150.08098212.9000.71990290.28700.32950.10830.06422268.5000.57090300.25400.29300.08590.05093338.6000.45270310.22600.26500.04039426.9000.35900320.20320.23670.03203538.3000.28470330.18030.21380.02545678.8000.22580340.16000.19000.02014856.0000.17910350.14220.16970.01597945.2000.14200360.12700.01520.0126713610.11260370.11430.13780.0100517160.08931380.10160.12260.0079621640.07083390.08890.10740.00631827290.05617400.07870.09620.00501034410.04454410.07110.09110.00397343250.35400420.06250.08350.00315154400.02890430.05580.07080.00249970150.02000440.05080.06580.00198284960.01000

resumen de clculos

ESPECIFICACIONES ELECTRICASprimario secundariotensiones (V)2205000corrientes (A)15.08072727270.663552

VALORES EN EL HIERROVolumen REAL del hierroPeso total del hierroImporte del hierroVhr [cm3]Pht [Kg]$ht [$]2764.821.2889674.51136

CLCULO EN CONDUCTORESBobinadoSecciones [mm2]Dimetro [mm]Nmero de EspirasNmero de CapasPeso [g]primario5.6212.67824531964.34secundario0.25820.63137882290.869total4255.209importe34.041672