Sepa cómo enrollar pequeños transformadores y bobinas. Esta actividad puede ser de gran importancia, dada la necesidad en talleres de reposición de componentes que no se pueden encontrar con facilidad, específicamente transformadores de alimentación de relojes digitales y otros aparatos, choques de filtro, transformadores de salida y fuerza de pequeñas potencias. En este artículo hablamos un poco sobre el tema dando indicaciones de cómo enrollar estos componentes.
Los transformadores y los choques de filtros están formados por uno o más devanados de hilos esmaltados en núcleos de hierro laminado, que pueden tener diversas apariencias, como muestra la figura 1.
La finalidad del núcleo es concentrar las líneas de fuerza del campo magnético obteniéndose así mayor inductancia en el caso de los filtros o mayor transferencia de energía en el caso de los transformadores.
El cálculo del hilo que se utilizará en cada devanado así como del número de espiras depende de diversos factores, como por ejemplo la tensión del primario y la potencia del secundario.
Cuanto mayor sea la potencia que debe transferirse a la bobina secundaria, mayor será el componente.
Como hacer el cálculo de un pequeño transformador de alimentación o de un choque de filtro es algo que pocos técnicos dominan.
LA BOBINADEIRA
La principal dificultad que los técnicos o aficionados que desean enrollar un pequeño transformador o choque de filtro no es propiamente el cálculo, sino el trabajo cansado de enrollar miles de vueltas de hilo en un carrete de plástico u otro material (figura 2).
Un transformador típico de salida puede llegar a tener más de 10 000 vueltas de hilo fino como el 32, que además de ser difícil de trabajar es extremadamente delicado pudiendo arrebatar al menor descuido.
Para facilitar el trabajo de los enrolladores de transformadores y bobinas existen máquinas simples como la bobinadora, figura 3, que además de proporcionar un movimiento seguro del carrete, posibilitando así la obtención de bobinas sin encabezado de hilos, todavía tiene como recurso adicional un contador mecánico de hilos vueltas.
El contador mecánico impide que el lector se pierda en el recuento de las vueltas o tenga dificultades en caso de paradas para descanso.
La máquina bobinadora tiene, además, como Ventaja la posibilidad de admitir carretes de diversas dimensiones, lo que significa que prácticamente cualquier tipo de bobina puede ser enrollada.
Si desea añadir un servicio adicional de bobina de transformadores en su taller, debe pensar seriamente en adquirir su bobinadora.
El proyecto de un pequeño transformador puede ser dividido en tres fases que son:
a) Elección del núcleo
b) Determinación del número de espiras de cada devanado
c) Determinación del tipo de hilo de cada devanado.
a) ELECCIÓN DEL NÚCLEO
Partimos en nuestros cálculos del núcleo en "F" o aún "E" y "l" mostrados en la figura 4 que son los más comunes, con láminas de hierro dulce (ferrosilicio).
La sección del núcleo, dada por S en la figura 4, es determinada por la potencia del dolor transformador, es decir, el valor resultante del producto de la tensión por la corriente del devanado secundario.
Si tenemos más de un devanado secundario debemos considerar la suma de las potencias.
Así, un transformador de 12 V x 2 A tendrá una potencia de 12 x 2 = 24 VA o 24 W. (figura 5)
La sección se puede calcular con la fórmula siguiente:
S = 1,1 x W
Donde:
S es la sección de la base en centímetros cuadrados
P es la potencia en voltios x amperios (vatios)
Observe que la sección S es dada por el producto a x b en la propia figura 4.
Partiendo del ejemplo que sería un transformador de 12 V x 2 A la sección sería de:
P = 1,1 x m
P = 1,1 x 4,9
P = 5,39 cm²
Teniendo en cuenta que las chapas del transformador son finas y que en la aglomeración para formación del núcleo existe un espacio perdido entre ellas, hay que compensar eso con un cierto acrecimiento en el valor encontrado.
Recomendamos un aumento de 15 a 20%, lo que nos permite "redondear" el valor encontrado a 6 cm².
Determinado el tamaño del transformador, siempre existe la posibilidad de tener en la chatarra un transformador viejo que tenga láminas en las dimensiones indicadas del que podemos aprovecharlas.
b) DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE ESPIRAS DE CADA ENROLLAMIENTO
Para el cálculo de las espiras partimos de dos fórmulas iniciales:
N1 = V1 / (f x S x 4,4 x B x10-8)
N2 = V2 / (fo x 4,4 x B x10-8)
Donde:
N1 = número de espiras del devanado primario
N2 = número de espiras de la bobina secundaria
V1 = tensión del devanado
V2 = tensión de la bobina secundaria (voltios)
f = frecuencia de la red en Hertz (60Hz)
B = inducción magnética en Gauss
S = sección del núcleo en centímetros cuadrados.
La inducción en Gauss es una indicación del flujo magnético por centímetro cuadrado en el núcleo.
Este valor es determinado por la permeabilidad del hierro usado a través de la fórmula:
B = pH
Donde:
p es la permeabilidad del hierro usado en la base
H es el campo magnético
Si tiene un manual de fabricante de placas para transformadores, puede tener fácilmente las tablas para cada tipo de los valores adoptados de pB.
Sin embargo, lo que se sabe para el caso de aprovechamiento de chapas comunes es que tendremos un cálculo con buena precisión con valores en torno a 12 000 Gauss.
Esto ocurre porque los núcleos comunes tienen coeficientes de inducción entre 8 000 y 14 000 Gauss, siendo los más grandes los más comunes.
Si el valor adoptado es muy alto, lo que ocurre es una posible saturación del núcleo con absorción indebida de energía y pérdida de rendimiento cuando la corriente crece.
Sugerimos que, en la duda, adopte valores de 10 000 o 12 000 en la fórmula.
Los valores menores resultarán en transformadores voluminosos.
Apliquemos estos valores en nuestro transformador-ejemplo de 12 V x 2 A.
N1 = 110 / (60 x 6 x 4,4 x12 000 x 10-8)
N1 = 110 / 0,19
N1 = 578 espiras
Este será el devanado primario.
Para el secundario tendremos:
N2 = 12 / (60 x 6 x 4,4 x12 000 x 10-8)
N2 = 12 / 0,19
N2 = 63 espiras
Obtenidas las espiras de los dos devanados debemos pensar en su espesor.
c) TIPO DE HILO (ESPESOR)
El grosor de los hilos utilizados depende directamente de la intensidad de la corriente que los recorre.
Esta corriente puede ser calculada fácilmente a partir de la tensión y de la potencia, si no la tenemos.
Ver que el hilo de cobre admite una densidad máxima de corriente dada su propia resistividad. Así, si se supera tal densidad, existe el peligro de sobrecalentamiento con la consiguiente quema del componente.
De igual modo, debemos considerar que el grosor del hilo más la longitud del devanado, dada por el número de espiras son responsables de una resistencia, la resistencia del devanado en la cual puede haber la pérdida de potencia. .
Podemos elaborar una tabla aproximada en la que la densidad de corriente máxima es determinada por la potencia del transformador:
Aplicamos entonces la siguiente fórmula para determinar la sección de los hilos que deben ser utilizados en cada devanado:
S = I / D
Donde:
S es la sección del hilo en mm²
I es la intensidad de la corriente en A
D es la densidad de corriente (segunda tabla) en A / mm²
Para nuestro transformador, teniendo en cuenta primero el devanado secundario, tenemos:
I = 2 A
D = 4 A / mm² (de la tabla)
S = 2/4
S = 0,5 mm2
Para el devanado primario tenemos que calcular la corriente. Entonces partimos de la fórmula:
P = V x l
24 = 110 x I
I = 24 / 110
l = 0,218 A
La sección del hilo debe ser entonces:
S = I / D
S = 0,218 / 4
S = 0,05mm²
La tabla siguiente nos permite elegir los hilos que se utilizarán a partir de la numeración AWG.
Tenemos entonces que el hilo de sección es 0,5mm² más cercano es el número 20. Ya el hilo de 0,05 para el devanado primario es el 30.
Todo esto nos permite establecer exactamente las condiciones de bobinado del transformador:
TRANSFORMADOR DE 110 V x12 V x 2 A
Enrollamiento primario: 578 espiras de hilo 30
Enrollamiento secundario: 63 espiras de hilo 20
Sección del núcleo: 6 cm²
Potencia: 24 watts
CONCLUSIÓN
Lo que hemos visto fueron sólo los detalles del cálculo de las espiras de cada devanado. En la práctica existen todavía algunas dificultades que el montador o recuperador de transformadores se enfrentar.
De entre ellas destacamos el cálculo del tamaño del carrete, para que todas las vueltas de hilo caigan, el modo de sujetar cada extremo del devanado, el aislamiento entre las capas de hilo, etc.
Todo esto requiere una habilidad que el enrollador de transformadores y bobinas sólo va a adquirir con experiencia, debiendo para ello enrollar varios de estos componentes antes de adquirir la seguridad y la perfección requeridas para un profesional.