Cálculo de transformadores mediante Software

[tjdor]

si,vale no se puede calcular para varios secundarios, pero para uno solo....

 

[elaficionado]

Hola.
No puede pedir 32V, 20A. Sobrepasa los 400W.
Chao.
elaficionado.
(siempre es bueno leer las características de los programas).

 

[mcrven]

si,vale no se puede calcular para varios secundarios, pero para uno solo....

No puede pedir 32V, 20A. Sobrepasa los 400W.

Eso es... Ambos vieron por lo menos dos limitaciones.

En cambio, el programa que les sugerí antes sólo tiene una: El Idioma.

Sin embargo, el idioma de los electrones y el de los números nos es familiar y, el que deba instalarse el programa en win, no debería ser problema ya que es muy pequeño.

Transformer.exe es sólo uno de los programas para calcular transformadores. En la red hay un montón de ellos, incluso algunos que son on-line, pero hay que "Utilizar el Buscador del Foro" cómo dice Fogonazo y, probar y probar.

Saludos:

 

[diego_z]

hola, bueno no e leido entero el post pero les hago un aportecito un programita para calcular transformadores que hice en vb , saludos

 

[mariachy]

hola como hago para hacer uno 10 A de 50+50 de salida?

50v+50v es igual a 100v...

calcula el transformador con 100v de salida...

y si te dice 200 vueltas en el segundario.... tu sacas un cable desde el principio de las 200 vueltas... otro las 100 vueltas(la mitad de la bobina... la mitad del voltaje) y otro al final de las 200 vueltas...

asi se hace pues...

espero te sirva...

salu2

 

[poppez]

una pregunta: ¿Estos cálculos me servirían para aplicaciones de alta frecuencia?

Necesito poner un transformador a la salida de un puente de IGBT's, asi que tengo pulsos de alto voltaje a varios KHz.

He leido que para estas aplicaciones existen "transformadores de alta frecuencia" pero desconozco que tienen de especial.

Agradecería que me ilustrárais brevemente sobre este aspecto.

 

[enrique13090412]

Que tal, asi es cuando vas a utilizar alta frequencia existen otros tipos de nucleos, para un nucleo de hierro al silicio se puede trabajar hasta 1Khz maximo para no tener tantas perdidas, pero nada dice que no lo puedas utilizar a mayor frecuencia. El maximo rendimiento se obtiene a 400 Hz pero con esta frecuencia ya estas ahorrando bastante volumen (peso) y dinero en tu transformador. Existen dos formulas una es para el maximo rendimiento (trabajo continuo). Donde las perdidas del primario se igualan a las del secundario.


SFe=24*Raiz ((Pot.*Di)/(Fr*B*Ph)) Esto quiere decir: La seccion de nucleo (SFe) es igual a 24 por la raiz del resultado de la potencia total (pot) por la densidad de flujo (Di) entre la frecuencia (Fr) por la induccion magnetica (B) por las perdidas (Ph).

Y existe una segunda formula cuando el transformador no requiere trabajo continuo y no intervienen las perdidas:

SFe=36*Raiz ((pot./(Fr*B*Di))
Esto quiere decir que la seccion de nucleo (SFe) es igual a 36 por la raiz de la pot. entre el producto de la frecuencia por la densidad magnetica por la densidad de flujo.

La formula que la mayoria utiliza es una tercera formula que yo no te recomiendo utilizar y es:

SFe= 1.1 * Raiz de la potencia. Esta formula te hace gastar mucho hierro y cobre y no es el caso.

SFe= En centimetros cuadrados
Pot = En watts rms
Fr= En Hertz
B = En Kilogauss (se utiliza 10 por lo general) entre 10 y 20
Di = En Amp/mm cuadrado
Ph = perdidas en watts por Kg. de hierro (este valor depende de la frecuencia que utilices a mas frecuencia mas perdidas, para 60 Hz las perdidas oscilan entre 2 y 6 watts/Kg.


Por ultimo para obtener el numero de vueltas :


N= E/(4.44*Fr*SFe*B)

Donde:
N= No. de vueltas totales en un bobinado.
E= Voltaje del bobinado.
4.44= Constante para voltage senoidal.
Fr= Frecuencia (Hz)
SFe= (Metros cuadrados)
B= Induccion en Teslas (una tesla es igual a 10000 gauss)

Para una señal cuadrada para exitar IGBT's la constante 4.44 cambia por 4.
Por lo tanto:

N= E/ (4 * Fr * SFe * B)

Observa que mientras en las formulas anteriores utilizas centimetros cuadrados aqui es en metros cuadrados y en B se utilizan Kilogauss y aqui utilizas Teslas. Es lo mismo puedes adaptar la formula yo preferi dejarla asi.


Saludos...
N

 

[poppez]

Muchas gracias por tus explicación, muy completa.

Entonces, aplicando estas fórmulas obtendré un SFe del nucleo que me permitiría trabajr a 10Khz sin problema verdad?

Al ver las fórmulas ademas veo que efectivamente al aumentar la frecuencia el tamaño del núcleo se reduce. Había leido que estos transformadores reducían espacio, pero no sabía por qué.

 

[enrique13090412]

Saludos
Ahora si que necesitas hacer tus pruebas...pero para 10Khz necesitas un nucleo de polvo de hierro "powder iron" es un nucleo de material como su nombre lo dice y pareciera como si fuera de ferrita.
Yo he utilizado el nucleo convencional de acero al silicio que son laminas y que la mayoria conocemos, hasta 3Khz maximo y los resultados son aceptables.
Para tu calculo debes tomar en cuenta las perdidas que pueden ser muchas. En este foro deje un programa para que lo descargues y puedas calcular las perdidas a tu frecuencia. Como nota cuando el programa te pregunte el espesor de la chapa lo deberas de dar en milesimas de milimetro (por ejemplo 0.3 mm = 300 milesimas deberas poner 300) entre mas delgada tu chapa mejor desempeño.
Otra cosa importante es que a esa frecuencia existe un fenomeno llamado "efecto piel" y consiste en que la corriente viaja solo por la pared del conductor sin utilizar el centro y ocacionando perdidas esto se evita formando un conductor de varios conductores. (como una trenza) asi pues si necesitas un conductor de por ejemplo 3mm cuadrados de espesor podrias utilizar 30 conductores de 0.1 mm cuadrados juntos y como un solo conductory evitarias tantas perdidas en el desempeño del transformador. (cada uno de los treinta conductores tendra que estar aislado de los demas.(barnizado).

Tambien recuerda que el transformador es una bobina y a mas frecuencia mas impedancia (resistencia inductiva) esto ocacionara que tu eficiencia caiga bastante esto quiere decir que la bobina defasa la corriente con respecto al voltaje obteniendo baja eficiencia. Por citar un ejemplo si tu transformador tiene una eficiencia de 0.5 (50%) significa que si tu salida de transformador a la carga es de por ejemplo 50watts tendras que tomar de la linea 100watts. (eficiencia=Preal/Paparente= 50/100 = 0.5). Este factor de potencia se puede mejorar muchisimo con un capacitor dado por un calculo sencillo asi como tambien se puede obtener la impedancia de tu bobinado.
Si logras obtener tus calculos tu transformador pude estar compuesto por unas pocas vueltas en los bobinados y de un tamaño que lo podras cubrir con tu puño.

Suerte y en lo que te pueda ayudar.

 

[poppez]

Vaya, parece que no es tan facil, pero con tus explicaciones espero conseguirlo. Gracias.



Me cito a mi mismo para recordar mi caso y hacer otra pregunta sobre el transformador:

una pregunta: ¿Estos cálculos me servirían para aplicaciones de alta frecuencia?

Necesito poner un transformador a la salida de un puente de IGBT's, asi que tengo pulsos de alto voltaje a varios KHz.

Mi convertidor es de unos 10KW. Poniendo el transformador, en el Bus DC tengo 660V-15A y mi carga demanda 90A a 120V (al secundario del transformador). Por lo que el transformador lo que haría sería bajar la tensión y subir la corriente.

Pero si mis IGBT aguantan bien los 90A, puedo NO PONER EL TRAFO verdad?

Regulo la tensión con el ciclo de servicio de los disparos de los IGBT, rectifico los pulsos y el filtrado por LC...

En definitiva, igual pero sin transformador HF. ¿hay alguna limitación a parte de perder el aislamiento?

 

[enrique13090412]

Que yo sepa puedes hacerlo asi, pero una de las grandes ventajas es el aislamiento, "cuidado al trabajar sin el"..
Solo tienes que hacer tus calculos para polarizar bien tus IGBT's y obtener el voltaje de salida deseado ya que generalmente se utilizan en saturacion (como switch) para estas aplicaciones y si tu caso es obtener un voltaje "x" deberas de calcular su polarizacion.

 

[poppez]

Hola amigo, tengo una duda con las formulas que me pusiste:

SFe=24*Raiz ((Pot.*Di)/(Fr*B*Ph)) Esto quiere decir: La seccion de nucleo (SFe) es igual a 24 por la raiz del resultado de la potencia total (pot) por la densidad de flujo (Di) entre la frecuencia (Fr) por la induccion magnetica (B) por las perdidas (Ph).

Y existe una segunda formula cuando el transformador no requiere trabajo continuo y no intervienen las perdidas:

SFe=36*Raiz ((pot./(Fr*B*Di))

SFe= En centimetros cuadrados
Pot = En watts rms
Fr= En Hertz
B = En Kilogauss (se utiliza 10 por lo general) entre 10 y 20
Di = En Amp/mm cuadrado
Ph = perdidas en watts por Kg. de hierro (este valor depende de la frecuencia que utilices a mas frecuencia mas perdidas, para 60 Hz las perdidas oscilan entre 2 y 6 watts/Kg.

N

Resalto en negrita lo que me inquieta:

SFe=24*Raiz ((Pot.*Di)/(Fr*B*Ph))

SFe=36*Raiz ((pot./(Fr*B*Di))

Creo que tienen un error. Las comparé buscando en la red, pero encontré una sola página que las menciona

http://www.aurover.com.ar/clconline/conscalctraf.htm

Allí dice que son así:

SFe=24*Raiz ((Pot.*Di)/(Fr*B*Ph))

SFe=36*Raiz ((pot./(Fr*B*ph))


Pero me resulta extraño que cuantas más pérdidas tiene nel hierro, menor sea la sección de nucleo.
¿Alguien me lo puede explicar?


Otra cosa: la potencia que pongo es la que quiero transmitir, o le sumo las perdidas?

Otra cosa, mi transformador tendrá tensión variable en el primario, ¿Eso afecta a B?
Para Ferrita N27 tengo entendido que está en torno a 3 KGauss.


Ademas las perdidad en el hierro en nucleos como este:

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/001c/0900766b8001ca5f.pdf

Vienen dadas para 100mT (1KGauss), 25 Khz, 100 ºC.

Asi que estoy como para tirarme por la ventana porque ya no se que valores usar.
Sobre todo lo de los 100mT me mata.

Y otra duda existencial:
Suponiendo que llegase a calcular ph correctamente, la sección de nucleo que obtengo es la que tengo que usar o es la mínima?
Mas o menos se que las perdidas deben estar entre 10 - 20 w/Kg y que el nucleo pesará en torno a 0.5 Kg, por eso si compro un nucleo con bastante margen almejor vale, pero visto lo visto seguro que un nucleo mayor tambien tiene miles de inconvenientes.


Ayudenme por favor!

Saludos

 

[enrique13090412]

Saludos; mira voy a tratar de explicarte algo sencillo de que se tratan las formulas la primer formula se refiere a un transformador de maximo rendimiento donde intervienen las perdidas. Si vas a tu trabajo en auto de 4 cilindros y este despliega 100hp de potencia para que quieres uno de 8 cilindros de 200hp, este segundo con seguridad te llevara pero sabes cuanta potencia (dinero) estas desperdiciando?, asi veras que un transformador de mayor tamaño desempeñara mas facil tu trabajo pero la formula te dice que medida de nucleo (como minimo no como maximo) debes de utilizar para desempeñar tu requerimiento. Asi que a mayor seccion de nucleo son mas kilos de hierro que magnetizas y como las perdidas se traducen en W/Kg entonces habra mas perdidas. Con esta formula trataras de equilibrar las perdidas en el primario con las perdidas en el secundario. (misma cantidad de cobre en ambos bobinados).
Con la segunda formula interviene Di (densidad de flujo) y no importan las perdidas. Esto es solo para un transformador que no va a trabajar continuament, para un calculo normal se utiliza una Di de 3 amperes por cada milimetro de seccion del cobre pero nada te impide que utilizes hasta 10 amperes por mm de seccion.

Por ejemplo un transformador para soldar tiene en su secundario un bobinado con alambre de cobre calibre 5 que si utilizas con una Di de 3A/mm cuadrado (para trabajo continuo) podras obtener aprox. 48 amperes debido a su seccion de 16.75 mm cuadrados. Pero para soldar necesitas mas amperaje entonces podras utilizar una Di de por ejemplo 10A/mm cuadrado que sera capaz de darte aprox. 160 amperes pero esto a costa de un mucho menor ciclo de trabajo. El alambre magneto calibre 5 se funde con aprox. 600 amperes en 500 milisegundos. Esto dice exagerando que pudes obtener 600 amperes para soldar siempre y cuando tu ciclo de soldado no rebase medio segundo y darle tiempo al alambre a que se enfrie para volver a obtener 600 amperes por otro tiempo igual.
Con esta segunda formula se tratan de igualar las perdidas en el cobre con las perdidas en el hierro (hierro en este caso).

En cuanto a las perdidas hay software que te las calcula y si no, puedes buscar en la web el material que vas a utilizar y como responde respecto a la frecuencia que vas a utilizar.
Lo que me preguntas de mT ( es miliTeslas) y una Tesla es igual a 10,000 gauss ((Tesla (SI) y Gauss(CGS) son lo mismo solo que en diferentes sistemas)). Por ejemplo si vas a utilizar teslas las areas se manejan en metros cuadrados y si utilizar Gauss son en centimetros cuadrados. Por lo tanto 100 mT = 0.1 Tesla = 1000 Gauss = 1 Kgauss.
Pongo unos datos y espero sean de tu utilidad.

 

[poppez]

Muchas gracias, en realidad todo eso ya lo tenia claro, el problema es que alguna fórmula tiene un error.

Entiendo que la formula correncta es la tuya:

SFe=36*Raiz ((pot./(Fr*B*Di))

Y la de la web la errónea

SFe=36*Raiz ((pot./(Fr*B*ph))

Se diferencian en el denomidor si te fijas

Me inquietaba porque en esta otra (que es la que quiero utilizar):

SFe=24*Raiz ((Pot.*Di)/(Fr*B*Ph))

Ph está dividiendo y Di en el numerador y no dejo de pensar de que debería ser al revés:

SFe=24*Raiz ((Pot.*Ph)/(Fr*B*Di))

lo digo porque despejando Ph en la primera:

Ph = (576 * P * Di)/(Fr * B * SFe^2)

Donde se deduciría erroneamente que a mas Sección, menos pérdidas y como tu mismo bien señalabas y es lógico:

"Asi que a mayor seccion de nucleo son mas kilos de hierro que magnetizas y como las perdidas se traducen en W/Kg entonces habra mas perdidas"


Por lo tanto yo creo que las fómulas deberían ser:

SFe=24*Raiz ((Pot.*Ph)/(Fr*B*Di))

SFe=36*Raiz ((pot./(Fr*B*Di))

Lo que ademas gana coherencia matemática porque en las dos Di es un factor del denominador.

Así es como yo lo veo, pero quizá se me escapa algo! desde luego alguna tiene que estar mal!

Si aplico la que yo propongo me salen secciones mucho mayores de las que ofrecen los fabricantes de núcleos de ferrita.
Por otra parte sigo sin saber interpretar muy bien las hojas de características del fabricante EPCOS que es el mayores secciones me ofrece pues da las pérdidas en w/set, cada set pesa en torno a los 0.5 Kg pero las condiciones de ensayo son las que te decía:

100mT, 25 Khz, 100 ºC.

Y no se muy bien como extrapolarlo. Mi frecuencia serían mas o menos los 25 Khz pero yo creía que B dependía del material y que para ferrita N27 erá en torno a 3Kgauss. Ahí es donde se me escapa el concepto.
En cualquier caso las perdidas aumentan con B y con F y en las condiciones de ensayo ya son 7.5 w/set, o lo que seria lo msimo 15 w/Kg así que de ahí para arriba.

Para una potencia de 12 Kw y una densidad de 2 A/mm2 (80 A por cable AWG1) y aplicando la formula que yo creo errónea me salen núcleos de apenas 3 cm2 pero aplicando la que modifiqué me salen 30Cm2.
Los fabricantes de ferritas ofrecen núcleos de hasta 8 cm2.

Tal vez pueda poner varios núcleos juntos o algo así...
De hecho ese núcleo que puse en el enlace de mi anterior entrada no me sirve, además de por sección, porque no me entran los conductores, necesitaría una ventana muchisimo mayor para alojar el volumen de cobre.
Todo inconvenientes. El problema de la ventana lo solucionaría con una topología UU y apilando tal vez conseguir la sección.

No puedo ignorar la pérdidas porque es fuencionamiento es relativamente continuo. Digo relativamente pk es para una fuente conmutada y esta sujeta al ciclo e servicio del chopper.


Un Saludo y a ver si nos ponemos de acuerdo con las fórmulas porque más gente se podría estar equivocando si están mal las de esa web porque porque tiene hasta una aplicacion on-line de cálculo de transformadores.

 

[enrique13090412]

Saludos; en lo que veo en tus formulas que me expones puedes tener razon, si te fijas son casi iguales solo que en una de ellas eliminas las perdidas que es exactamente lo que te explicaba anteriormente (la segunda formula ignora las perdidas) pero siguen existiendo perdidas, pero ahora no en el hierro sino en el cobre y es debido a la densidad de flujo. (ahora te preocupas por el cobre y no por el hierro).
Por lo tanto para un nucleo mas pequeño intervendra un bobinado mayor para compensar dichas perdidas y es por eso que toma un lugar en el numerador o denominador segun convenga.
Si calculas una bobina de x valor el hecho de tener un nucleo de aire equivale a cero kgs de hierro y te arrojara un bobinado mayor ya que no tendras tantas perdidas en el nucleo por ser de aire pero si en el bobinado y esto lo corriges o compensas con mas vueltas o con mayor calibre de alambre, segun sea el caso.
.

 

[x over]

es utilizable este software para calcular transformadores de audio? voy algo pillo con eso....

 

[treblo]

hola tengo una duda y me gustaria que me la aclaren cuando rectificamos la salida del secundario de un transformador no se obtiene la misma tension y quisiera saber si hay una manera de calcularlo

 

[poppez]

El valor de continua depende del tipo de rectificador.
En un puente de Graetz monofasico y con un filtro ideal el valor de continua teórico sería el valor de pico de la onda original.
Si es otro puente o matriz consulta esta tabla:

http://www.angelsaenz.com/antBuspre.asp?cod=1753&nombre=1753&orden=Verdadero&sesion=1

Y si no consideremos un filtro ideal, la forma de calcular el valor eficaz es integrando el valor cuadrático medio

 

[Francisco Galarza]

Si es para un transformador común conectado a la red eléctrica, aproximadamente el valor de contunua es 1.4 por el vaor de alterna.

 

[elaficionado]

Hola.
El valor del voltaje continuo de un voltaje de corriente alterna es cero.
Cuando el voltaje alterno se rectifica si tiene voltaje continuo.

Chao.
elaficionado.