Transformadores

Transformadores3vamos a conocer...
1. Conceptos iniciales
2. Clasificación de los transformadores
3. Materiales constructivos de los transformadores
4. Características eléctricas de un transformador
5. Cálculo de un transformador monofásico
6. Cálculo de transformadores trifásicos
7. Ensayos y comprobaciones
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Construcción de un transformador monofásico
Comprobación y ensayo de un transformador
monofásico
Construcción de un transformador trifásico
MUNDO TÉCNICO
Otros tipos de transformadores
y al finalizar esta unidad...
Conocerás cómo funciona un transformador.
Identificarás los diferentes tipos de
transformadores.
Conocerás las características que deben tener
los materiales destinados a la construcción de
transformadores.
Conocerás cuáles son los ensayos y
comprobaciones que se hacen con
transformadores.
Calcularás y construirás un transformador
monofásico.
Calcularás y construirás un transformador
trifásico.
03 Maquinas electricas.indd 68 16/07/12 15:05

69
situación de partida
CASO PRÁCTICO INICIAL
Las industrias de la zona de trabajo de MantenExpress dispo-
nen de numerosos cuadros eléctricos, en ellos se encuentran
los dispositivos electrónicos cuyo cometido es controlar sis-
temas de automatización industrial. Estos cuadros disponen
de todo tipo de transformadores para la alimentación de los
circuitos de control y potencia, es decir, pueden ser monofá-
sicos, trifásicos, autotransformadores, etc. Cada vez que uno
de estos transformadores presenta un problema, es necesario
intervenir rápidamente para que el sistema de producción que-
de interrumpido en el menor tiempo posible. Por este motivo
las empresas se ven obligadas a realizar una gran inversión
para dar solución a estas necesidades sin crear demasiados
perjuicios en la fabricación. Los transformadores de peque-
ña y mediana potencia que alimentan los sistemas no suelen
presentar averías, pero cuando se producen, son muy signi-
ficativas, ya que todos los elementos eléctricos que depen-
den de ellos dejan de funcionar. Curiosamente, cuando un
transformador presenta una avería o se quema, se sustituye
por otro nuevo. Fermín y Abel piensan que esto es un derro-
che innecesario. En transformadores de pequeña potencia se
puede proceder de esta manera, ya que su rebobinado es más
caro que el montaje de uno nuevo; sin embargo, no ocurre lo
mismo con los de mayor potencia, ya que una reparación es
más rentable que una sustitución.
Fermín y Abel ya tienen listo su taller de reparación y bobinado
de máquinas eléctricas. Ahora están sumidos en el procedi-
miento de cálculo y construcción de transformadores, pero
muchas son las cuestiones que deben aclarar antes de lanzarse
a la reparación de uno de ellos.
1. ¿Cuál es el motivo por el que la corriente continua no
se puede transformar?
2. ¿Importa el sentido en el que se arrollen unas bobinas
respecto a otras sobre un núcleo magnético?
3. ¿Cuál es la configuración más común para construir
transformadores trifásicos de baja potencia?
4. ¿Qué son las denominada pérdidas en el hierro?
5. ¿Están aisladas las chapas magnéticas?, ¿por qué se
hace esto?
6. ¿Se usa el mismo tipo de chapa magnética en trans-
formadores monofásicos y en trifásicos?
7. ¿Cuáles son los materiales aislantes usados para
construir transformadores de baja potencia?
8. Fermín y Abel han leído que para el cálculo de trans-
formadores algunos datos de partida son tomados de
forma empírica. ¿Por qué se hace esto?
9. ¿Qué transformadores presentan mejor rendimiento,
los de mayor potencia o los de menor?
10. ¿A qué se denomina sección del núcleo magnético?,
¿qué característica eléctrica del transformador de-
pende de su tamaño?
11. ¿A qué corresponde la potencia total de un transfor-
mador trifásico?
estudio del caso
Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cada
punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.

70 Unidad 3
1. Conceptos iniciales
En la primera unidad se estudió el motivo por el que el flujo de un circuito
magnético es variable al circular una corriente por el mismo. De esta forma, si
en el núcleo se encuentra arrollada una segunda bobina, se produce en ella una
corriente eléctrica por inducción magnética, generando una fuerza electromotriz
que se puede medir en sus bornes.
Un transformador es una máquina eléctrica estática que funciona por el efecto
de la inducción magnética. Está formado por un devanado primario, al que se le
aplica una fuerza electromotriz E1
capaz de hacer circular la corriente inductora,
y por un devanado secundario, en el que se induce de forma estática una segunda
fuerza electromotriz E2
.
E1 E2
Núcleo
Primario
Secundario
N1 N2
Ф
Campo de
dispersión
Campo de
dispersión
Flujo mutuo
a Figura 3.1. Representación de un transformador.
Si los devanados primario y secundario son iguales, en número de espiras N y
diámetro del conductor, la fuerza electromotriz del primario es idéntica a la del
secundario. De esto se deduce que si el devanado secundario dispone de un nú-
mero de espiras diferente a las del primario, la fuerza electromotriz en sus bornes
es proporcional a la relación entre dicho número des espiras.
1.1. Relación de transformación
La relación entre las espiras del primario N1
y las del secundario N2
se denomina
relación de transformación, se representa por m y se puede calcular mediante la
expresión:
m =
N1
N2
Esta relación de transformación pertenece al transformador ideal (teórico). No
obstante, en un transformador real se presentan una serie de pérdidas que deben
tenerse en cuenta. Estas pérdidas se deben a los siguientes factores:
• Reluctancia del circuito magnético. Cuanto mayor es su valor, mayores pér-
didas se producirán. Por lo tanto, una adecuada elección del tipo de material
utilizado en el núcleo, disminuirá dicho efecto.
La corriente continua no se pue-
de transformar ya que al tener un
sentido unidireccional, el flujo no
varía y, en consecuencia, no se
induce ninguna fuerza electromo-
triz.
saber más
a Figura 3.2. Transformador (Cor-
tesía de Sentera Controls).
La reluctancia es al circuito magné-
tico, lo que la resistencia al circuito
eléctrico.
recuerda

Transformadores 71
• La resistencia de los devanados. Es la resistencia que el conductor presenta al
paso de la corriente.
• Pérdidas en el hierro por corriente de Foucault. Las corrientes de Foucault
producen pérdidas por exceso de calor. Así, cuanto más ancho es el material
de un circuito magnético, mayores son las pérdidas debidas a este efecto. Es
conveniente saber que el uso de finas chapas magnéticas para la constitución
de los núcleos de transformadores disminuye de forma considerable este tipo
de pérdidas.
• Histéresis magnética. La selección de materiales magnéticamente blandos per-
mite que el ciclo de histéresis sea lo más estrecho posible, disminuyendo de esta
forma las pérdidas debidas a este efecto.
• Dispersión del flujo magnético. El denominado flujo de dispersión se presen-
ta, en mayor o en menor medida, en cada uno de los devanados en función de
la carga, influyendo de forma negativa en el rendimiento y en la relación de
transformación. El flujo de dispersión se reduce utilizando determinadas confi-
guraciones del núcleo, como puede ser el uso del tipo acorazado.
No obstante, y a pesar todo lo visto, el valor de la relación de transformación
puede ser utilizado según la expresión anterior sin tener en cuenta las pérdidas,
ya que es muy aproximado.
1.2. Terminales homólogos
Se denominan terminales homólogos u homónimos a los bornes de ambos deva-
nados en los que el sentido de la corriente es el mismo para un instante determi-
nado de la corriente.
La asignación de dos terminales homólogos se establece en el momento de reali-
zar el arrollamiento de los devanados sobre el núcleo. Así, los terminales que se
arrollan en el mismo sentido son homólogos, y los que están en sentido contrario
no lo son. Es decir, si sobre una misma columna del núcleo magnético arrollamos
los dos devanados en el mismo sentido, son bornes homólogos los dos superiores
entre sí y los dos inferiores entre sí (Caso B). Si por el contrario, el sentido del
arrollamiento es contrario en ambos devanados, el superior de uno de ellos es
homólogo con el inferior del otro y viceversa (Caso A).
La identificación de los terminales homólogos es importante en todo tipo de trans-
formadores, pero en especial en aquellos cuyos devanados constan de varios grupos
de bobinas que se conectan entre sí para conseguir diferentes valores de tensión.
ejemplo
¿Cuál es la relación de trasformación en un transformador que dispone
de 400 espiras en el primario y de 80 en el secundario?
m =
N1
N2
=
400
80
= 5
Esto significa que si a un trasformador se le aplica una tensión alterna por
el devanado considerado como primario, la tensión obtenida en el devanado
secundario será 5 veces más pequeña que la del primario.
La identificación de los terminales
homólogos es importante para
la interconexión de las diferentes
bobinas que forman los devana-
dos de un transformador trifásico.
saber más
a Figura 3.3. Diferentes símbolos
para representar un transforma-
dor.

72 Unidad 3
De esta forma, si los devanados se montan sobre un circuito magnético cerrado,
como es el de un transformador, los terminales homólogos, marcados con un
punto, son los mostrados en la figura.
V1
V1 V2
V1 V2
V2
I1
V1
V2
I1
I2
I1
I2
I2
V1 V2
I1
I2
V1
V2
Caso A
Caso B
a Figura 3.4. Terminales homólogos.
ejemplo
Supóngase un transformador monofásico en el que el devanado prima-
rio está diseñado para ser conectado a 230 V, y el secundario está cons-
tituido por cuatro bobinas individuales, las cuales están diseñadas para
entregar 50 V cada una de ellas.
Primario
Secundario
230 V
50 V 50 V 50 V 50 V
a Figura 3.5. Transformador didáctico.
Los terminales homólogos de cada una de las bobinas se han marcado con
un punto.
En la fase de construcción de los
devanados es importante tener en
cuenta el sentido en el que se arro-
llan las diferentes bobinas, ya que
permitirá identificar los terminales
que son homólogos.
caso práctico inicial

Transformadores 73
Así, si se conectan las bobinas del secundario de tal forma que el terminal de
una bobina se conecta con su no homólogo de la siguiente, todas quedan
en serie y la corriente en todas ellas tiene el mismo sentido. De este modo,
las fuerzas electromotrices individuales están en fase y, por tanto, se suman.
Si se conecta un voltímetro en los bornes del conjunto, se obtiene una tensión
resultante de 200 V, que corresponde a la suma de las tensiones parciales de
cada una de las bobinas.
230 V
50 V50 V50 V50 V
V
a b c d
a Figura 3.6. Ejemplo de conexión 1.
Sin embargo, si dos de las bobinas, como ocurre con la c y d de la figura, se
unen por sus terminales homólogos, sus fuerzas electromotrices se oponen y,
por tanto, se anulan la una a la otra.
Así, si se mide con un voltímetro la tensión en los bornes del conjunto, se
observa que es de 100 V, que corresponde a las dos bobinas, cuyas fuerzas
electromotrices están en fase.
230 V
50 V50 V50 V50 V
V
100 V
a b c d
a Figura 3.7. Ejemplo de conexión 2.

74 Unidad 3
2. Clasificación
de los transformadores
Esta propiedad de transformación es aprovechada en diferentes ámbitos tecno-
lógicos. Los transformadores se utilizan tanto en dispositivos domésticos como
industriales.
Pero, además de las aplicaciones mencionadas, es conveniente conocer su uso en
grandes sistemas de tratamiento y distribución de energía eléctrica.
Para desarrollar una clasificación de los transformadores atenderemos a diferentes
conceptos como son el nivel de tensión, el número de fases de alimentación y, por
último, el modo de construcción.
2.1. Por el nivel de tensión
Todos los transformadores son reversibles. Esto quiere decir que si se aplica una
tensión alterna a cualquiera de sus devanados, se obtiene en el devanado contra-
rio otra tensión proporcional según la relación de transformación.
En este sentido se puede decir que los transformadores pueden clasificarse como
reductores o elevadores.
• Los reductores son aquellos que transforman la tensión aplicada al primario en
una tensión menor. Un ejemplo de este tipo de transformador es el utilizado en
muchos electrodomésticos, que reducen la tensión de la red eléctrica de 230 V
a la tensión necesaria (5, 12, 24 V) para el funcionamiento de la circuitería
interna del dispositivo.
• Los elevadores tienen el efecto contrario, es decir, la tensión del secundario
es de valor superior a la aplicada en el primario. Un ejemplo de este tipo de
transformadores es el utilizado en las líneas de distribución para facilitar el
transporte de la energía, ya que a mayor tensión, menor es la sección de los
conductores eléctricos utilizados.
Así, se puede decir que la relación de transformación también se puede calcular
en función de la tensión aplicada al primario V1
respecto a la del secundario
V2
, o de forma análoga a la relación entre las corrientes que circulan por ambos
devanados.
m =
V1
V2
=
I2
I1
2.2. Por el número de fases de alimentación
Según el número de fases del sistema de alimentación, los transformadores pue-
den ser principalmente monofásicos y trifásicos.
Monofásicos
Los transformadores monofásicos están constituidos por un devanado primario y
otro secundario. El primario es alimentado por un sistema de corriente monofási-
co y, por tanto, en el secundario se obtiene otro similar proporcional en función
de la relación de transformación.
a Figura 3.8. Transformador para
pequeñas aplicaciones (Cortesía
de Roqmo S.L.).
a Figura 3.9. Transformador para
aplicación industrial (Cortesía de
Siemens).
a Figura 3.10. Transformador de
distribución (Cortesía de Power
Solutions).
Si el sistema de alimentación lo
requiere, los transformadores tam-
bién pueden construirse con otro
número de fases, por ejemplo,
hexafásicos.
saber más

Transformadores 75
En ocasiones, uno o los dos devanados de este tipo de trasformador pueden
disponer de un sistema de conexión multitoma, que permite trabajar con
diferentes valores de tensión. En la figura 3.12 del margen se muestra un
transformador en el que el devanado de la izquierda, se puede conectar tanto
a 125 V como a 230 V. De este modo, en el devanado de la derecha se pueden
obtener varias tensiones (5, 9, 12 y 18 V) tomando como referencia la toma
0 V y cualquiera de las demás.
Primario
Secundario
L N
230 V
230 V
12 V
12 V
a Figura 3.11. Transformador monofásico.
Trifásicos
Están constituidos por tres grupos de bobinas, uno por cada devanado, pudién-
dose conectar entre ellas de diferentes formas (estrella, triángulo o zig-zag). Se
alimentan mediante un sistema trifásico de corriente alterna, por tanto, en el
secundario también se obtendrá un sistema similar proporcional al primero en
función de la relación de transformación. En general, su construcción es más
compleja que la de los monofásicos, ya que cada fase requiere tres bobinas para el
devanado primario y otras tres para el secundario. Más adelante se estudiaran las
diferentes posibilidades de conexión de este tipo de transformadores y cuáles son
sus relaciones de transformación.
Primario
Secundario
L1 L2 L3
Primario
Secundario
a Figura 3.13. Transformador trifásico.
0 V
125 V
230 V
0 V
5 V
9 V
12 V
18 V
a Figura 3.12. Transformador mo-
nofásico multitoma.
Las partes del núcleo sobre las que
se arrollan las bobinas se denomi-
nan columnas. Las partes inferior
y superior que cierran el circuito
magnético, y que no disponen
de devanados, se llaman yugo y
culata, respectivamente.
saber más

76 Unidad 3
2.3. Por su construcción
Los transformadores, tanto monofásicos como trifásicos, presentan diferentes
configuraciones en función del tipo de núcleo y de la disposición de los devana-
dos sobre él.
Transformadores monofásicos de columnas
Ambos devanados están montados en diferentes columnas del núcleo. Si bien esta
configuración es completamente válida, no es habitual encontrar transformadores co-
merciales con esta disposición, ya que ocupan más espacio que los de tipo acorazado.
Núcleo
Primario Secundario
a Figura 3.14. Transformador monofásico de columnas.
Transformadores monofásicos acorazados
Es la configuración más utilizada para la fabricación de transformadores mo-
nofásicos. Consiste en utilizar un núcleo cerrado de tres columnas, en el que la
del centro es el doble de ancha que las laterales. En este caso, ambos devanados
(primario y secundario), se encuentran bobinados en la columna central.
Núcleo
Los dos
devanados
Primario
Secundario
a Figura 3.15. Transformador monofásico acorazado.
Transformadores trifásicos de tres columnas
Es la configuración más utilizada para trifásicos. En este caso el núcleo está for-
mado por tres columnas de igual tamaño. En cada una de ellas se disponen las
bobinas del primario y secundario, correspondientes a una de las fases. La inter-
conexión entre las diferentes bobinas se hace en el exterior.
Conexiones del primario
Conexiones del secundario
a Figura 3.16. Transformador trifásico de tres columnas.
La configuración basada en un
núcleo de tres columnas es la más
utilizada para transformadores tri-
fásicos de baja potencia.

Transformadores 77
Transformadores trifásicos de cinco columnas
Esta configuración permite cerrar el circuito magnético de una forma similar a
como se hace en un acorazado monofásico. En las columnas centrales se alojan
los devanados, dejando sin bobinas las de los extremos. Con esta configuración se
consigue una menor sección en la culata y una reducción del campo de dispersión.
Conexiones del primario
Conexiones del secundario
a Figura 3.17. Transformador trifásico de cinco columnas.
Transformadores trifásicos acorazados
Esta configuración es similar a la unión de tres transformadores monofásicos aco-
razados sobre un núcleo común. Se utilizan especialmente en trasformadores de
muy alta potencia para centrales y centros de transformación.
Primario
SecundarioPrimario
SecundarioPrimario
Secundario
a Figura 3.18. Transformador trifásico acorazado.
Transformador toroidal
En este tipo de transformadores el núcleo magnético tiene forma de disco o
toroide. Presenta numerosas ventajas frente a los acorazados, siendo algunas de
ellas las siguientes: mejor rendimiento, bajo ruido, menor calentamiento debido
a corrientes de Foucault y tamaño mucho más reducido. Sin embargo, su cons-
trucción es más compleja y costosa que los de columnas.
a Figura 3.19. Transformadores toroidales (Cortesía de Torivac).

78 Unidad 3
Autotransformador
Un autotransformador es un transformador formado por un solo devanado, el
cual dispone de bornes para el primario y para el secundario, teniendo ambos una
toma común.
El devanado de mayor número de espiras (N1
) es el destinado a la tensión mayor.
El que utiliza la toma intermedia y, por tanto, el de menor número de espiras (N2
)
es el destinado a la tensión menor.
La relación de transformación de un autotransformador es:
m =
N1
N2
=
V1
V2
=
I2
I1
Al conectar una carga al devanado secundario, la corriente que circula en la
parte común del devanado lo hace en sentido contrario al del devanado princi-
pal. Por este motivo la corriente del tramo del devanado común IC
es igual a la
diferencia de las otras dos, es decir, IC
= I1
– I2
. Este comportamiento presenta
numerosas ventajas respecto a un transformador con dos devanados, ya que
permite utilizar un conductor de menor diámetro, reducir el número de espiras
y utilizar un núcleo de hierro de menor sección. Esto hace que el tamaño y el ca-
lentamiento sean menores, siendo, por tanto, más bajo su coste de fabricación.
Una característica funcional del autotransformador es la posibilidad de regular
tensión si el punto intermedio se instala sobre un sistema conexión móvil basado
en una escobilla. Este sistema se conecta sobre diferentes partes del devanado
principal en función de la posición del elemento móvil, que a su vez se encuentra
arrollado sobre un núcleo de tipo toroidal.
A los autotransformadores regulables se les suele denominar Variac y son de tipo
monofásico. No obstante, si se montan en tándem tres Variac iguales, de forma
que un sistema mecánico pueda mover a la vez las escobillas, se obtiene un siste-
ma trifásico de regulación de tensión.
a Figura 3.20. Autotransformador
regulable (Cortesía de Variac).
N1
N2
V1
V2
I1
I2
Ic
a Figura 3.21. Autotransformador.
a Figura 3.22. Detalle interno de un auto-
transformador regulable (Cortesía de AIGER).
1U 1V 1W N
2U 2V 2W N
a Figura 3.23. Variac trifásico.
Los Variac de tipo trifásico son de
gran utilizad en el taller de repa-
ración de máquinas eléctricas, ya
que con ellos es posible realizar
diferentes comprobaciones y ensa-
yos en diferentes condiciones de
alimentación.
saber más

Transformadores 79
3. Materiales constructivos
de los transformadores
Los materiales a tener en cuenta para construir un transformador son:
• En el circuito eléctrico: hilo esmaltado, carretes para alojar devanados y ais-
lante de diferentes tipos (laminados, tubos flexibles, etc.).
• En el circuito magnético: la chapa que lo constituye.
Algunos de estos materiales ya han sido estudiados en la unidad anterior, por lo
que aquí solamente se tratarán aquellas características requeridas para el cálculo
y montaje de transformadores.
3.1. Hilo de cobre esmaltado
Los devanados de los transformadores de baja potencia, que son los que estudia-
remos, se construyen usando hilo esmaltado. No obstante, debes saber que los
transformadores de gran potencia, en lugar de este tipo de conductor eléctrico,
pueden usar pletinas de cobre (o aluminio) aisladas con esmalte.
Las bobinas que forman los devanados de un transformador, al conectarlas a un
sistema de alimentación de corriente alterna, se comportan igual que otro tipo
de receptores. Esto hace que cuando por ellos circule una corriente eléctrica, se
presenten efectos debido a su impedancia que provocan pérdidas de potencia de-
nominadas pérdidas en el cobre (PCu
). Dichas pérdidas se pueden obtener de forma
experimental mediante el ensayo de vacío del transformador; sin embargo, para
agilizar el cálculo se utiliza el denominado factor de pérdidas (KCu
), que se establece
de forma empírica en función de la potencia del transformador.
Potencia en el secundario (VA) 7 10 15 68 75 100 120 180 250 700 1000 2000
Factor de pérdidas en el cobre (KCu
) 1,3 1,25 1,2 1,1 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,03 1,025 1,015
3.2. Chapa magnética
La chapa magnética es el elemento con el que se construye el núcleo del transfor-
mador. En él se producen el mayor número de pérdidas (denominadas pérdidas en
el hierro PFe
), por lo que una buena elección de los materiales es transcendental
para optimizar el funcionamiento.
Dos son los efectos que hay que amortiguar para reducir dichas pérdidas:
• corrientes parásitas o de Foucault,
• ciclo de histéresis.
Para evitar los efectos de las corrientes parásitas o de Foucault, el núcleo se consti-
tuye apilando finas chapas magnéticas (entre 0,3 y 0,5 mm) debidamente aisladas
por ambas caras. Este aislamiento se consigue mediante el tratamiento químico
de un material inorgánico denominado Carlite, que evita el contacto directo de
unas con otras. Para el cálculo geométrico del número de chapas que se pueden
insertar en una ventana de carrete, es necesario aplicar el denominado factor de
apilamiento (Kep
), que es un valor comprendido entre 0,9 (para el tratamiento
químico más basto) y 0,97 (para el más fino). No obstante, si se desconoce dicho
dato, se debe optar por elegir el valor más desfavorable, es decir, 0,9.
Las pérdidas en el hierro (PFe
)
representan la potencia que el
transformador desperdicia a través
del núcleo magnético.
Las chapas magnéticas están aisla-
das por ambas caras para evitar
que unas estén en contacto con
otras, así se reducen los efectos de
las corrientes de Foucault.

80 Unidad 3
La chapa magnética se fabrica con un porcentaje de silicio (aproximadamente
un 3%), haciendo así que el ciclo de histéresis sea más estrecho y que el núcleo
presente menor remanencia.
En función de su proceso de laminación, las chapas magnéticas pueden ser de
dos tipos:
• de grano no orientado,
• de grano orientado.
La laminación de las chapas de grano orientado se hace en frío (al contrario que
las de grano no orientado), permitiendo así la ordenación de los cristales que la
constituyen. Esto mejora la permeabilidad magnética y, con ello, el comporta-
miento ante la circulación de los campos magnéticos.
El valor de pérdidas en el hierro lo facilita el fabricante y se da en unidades de
potencia por unidad de masa (W/kg).
La siguiente tabla muestra a modo de ejemplo las pérdidas en el hierro para ambos
tipo de chapa a diferentes valores de inducción magnética y a dos frecuencias
determinadas.
PÉRdIdAS EN EL HIERRO MÁxIMAS dAdAS POR UN FAbRICANTE (W/Kg)
Inducción magnética 1,0 T 1,5 T 1,7 T
Chapa de grano orientado
50 Hz 0,58 1,24
60 Hz 1,12 1,63
Chapa de grano no orientado
50 Hz 2,3 5,4
60 Hz 2,91 6,84
Chapa normalizada para transformadores
La chapa para trasformadores de pequeña potencia (inferiores a 1500 VA)
está normalizada y se distribuye con las formas E-I para facilitar el montaje del
núcleo.
En los transformadores de tipo monofásico, la columna central (C) de la chapa
es el doble que las laterales. Todas las partes de este tipo de núcleo son proporcio-
nales a dicha columna según se muestra en la figura 3.25.
El paquete de chapas de un transformador debe fijarse mediante un juego de tor-
nillos o pernos para formar un paquete compacto del conjunto. Esto evitará que
con el funcionamiento se produzcan vibraciones.
Tornillo
Tubo aislante flexible
a Figura 3.26. Aislamiento de tornillos.
Los elementos de fijación deben estar aislados convenientemente mediante un
tubo flexible o un manguito de material termoretráctil para evitar que las chapas
queden conectadas entre sí.
a Figura 3.24. Detalle de chapas
magnéticas que forman parte de
un transformador.
En la primera unidad puedes com-
parar mediante una gráfica las cur-
vas de magnetización correspon-
dientes a diferentes tipos de chapas
utilizadas en máquinas eléctricas.
recuerda
Si se desconoce el dato de la
inducción magnética de un tipo de
chapa, se suele asignar 1 T para las
de tipo de grano no orientado, y
entre 1,3 y 1,5 T para las de grano
orientado.
saber más
C/2 C/2 C C/2 C/2
4·C/2
3·C
C/2
a Figura 3.25. Dimensiones de la
chapa E-I de transformadores mo-
nofásicos de pequeña potencia.

Transformadores 81
En la siguiente tabla se muestran algunas medidas de chapas normalizadas E-I
para transformadores.
dIMENSIONES (mm) CHAPAS E-I PARA TRANSFORMAdORES MONOFÁSICOS
Columna
central
Columnas
laterales
Longitud
chapas E-I
Altura
chapa E
Altura
chapa I
Proporciones
respecto a C
C C/2 3C 4C/2 C/2
14 42 42 28 7
16 8 48 32 8
20 10 60 40 10
22 11 66 44 11
25 12,5 75 50 12,5
26 13 78 52 13
28 14 84 56 14
29 14,5 87 58 14,5
32 16 96 64 16
35 17,5 105 70 17,5
40 20 120 80 20
42 21 126 84 21
50 25 150 100 25
60 30 180 120 30
En los transformadores trifásicos todas las columnas son iguales. Así, de la
misma forma que en las chapas destinadas a los transformadores monofásicos,
las dimensiones de conjunto que forma el núcleo son proporcionales a una de
estas columnas.
La siguiente tabla muestra algunos tipos y medidas de chapas normalizadas E-I
para transformadores trifásicos.
dIMENSIONES (mm) CHAPAS E-I PARA TRANSFORMAdORES TRIFÁSICOS
Ancho columnas Ancho chapa I Altura chapa E Ancho chapas E-I
C C 4C 5C
10 10 40 50
16 16 64 80
20 20 80 100
25 25 100 125
30 30 120 150
35 35 140 175
38 38 152 190
40 40 160 200
44 44 176 220
50 50 200 250
56 56 224 280
60 60 240 300
4·C
C
C C C C C
5·C
a Figura 3.27. Dimensiones de las
chapas E-I para transformadores
trifásicos.
La chapa magnética utilizada para
los transformadores trifásicos es
la misma que para los monofási-
cos; sin embargo, está troquelada
de diferente manera. La de los
monofásicos tiene una columna
central que es el doble que las
otras dos, y la de los trifásicos dis-
pone de tres columnas iguales.

82 Unidad 3
3.3. Carretes aislantes
Los carretes son los elementos destinados a alojar los devanados del trans-
formador. Son de material aislante rígido y sus dimensiones se encuentran
normalizadas.
Desde el punto de vista del cálculo eléctrico del transformador, el área de la
ventana del carrete (A x H) es el dato más importante, ya que la potencia está
definida en función de la sección del núcleo magnético que en él se aloja.
Sección del
núcleo (Sn
)
Carrete
Chapa
magnética
a Figura 3.29. Detalle del núcleo magnético en el interior de un carrete.
A continuación se muestra una tabla con las dimensiones de la ventana de algu-
nos tipos de carretes comerciales. Más adelante, cuando se proceda al cálculo del
transformador, tendremos que recurrir a ella.
A 28 28 33 33 33 33 33 36 36 36 38 38
H 32 50 33 39 44 54 59 36 40 47 38 43
A 38 38 40 40 42 42 42 45 50 50 50 64
H 50 60 40 50 42 50 60 50 50 60 80 64
Para que el núcleo se pueda montar con facilidad, la columna de chapa debe
tener un ancho de entre 1 y 3 mm menor que el ancho de la ventada del carrete.
Además, la ventana del núcleo debe permitir alojar el devanado en ambos lados
del carrete una vez que se ha bobinado sobre él.
3.4. Otros aislantes
La construcción de un transformador de baja potencia requiere, además del carre-
te, otros materiales aislantes como son:
• aislantes laminados flexibles para serpear eléctricamente los diferentes con-
ductores que forman los devanados,
• tubos flexibles para aislar los terminales que salen al exterior.
Hilos del devanado primario
Hilos del devanado secundario
Aislante entre capas
Carrete
a Figura 3.32. Detalle de separación de las capas de los devanados.
Los carretes disponen de orificios o
ranuras en sus caras laterales que
se utilizan para sacar al exterior
los terminales de conexión de los
devanados.
saber más
H
A
Ventana del
carrete
a Figura 3.28. Carrete aislante.
a Figura 3.30. Carrete en el inte-
rior de un núcleo acorazado.
a Figura 3.31. Detalle de aisla-
miento de capas y terminales en
la construcción de un devanado.
El carrete es el principal elemento
de aislamiento entre el devanado
y el núcleo.

Transformadores 83
4. Características eléctricas
de un transformador
A continuación se muestran algunas de las características que se deben tener en
cuenta para proceder al cálculo de transformadores.
• Tensión del primario (V1
). Es la tensión en voltios con la que se va a alimentar
el devanado primario del transformador.
• Tensión del secundario (V2
). Es la tensión en voltios que se va obtener en los
bornes del secundario tras la transformación.
• Caída de tensión. Es la diferencia de tensión que entrega el devanado secunda-
rio respecto a la que debería entregar una vez conectada una carga a la máxima
potencia.
• Corriente del primario (I1
). Corriente en amperios que circula por el devana-
do del primario.
• Corriente del secundario (I2
). Corriente en amperios que circula por el de-
vanado del secundario. Las corrientes máximas, tanto del primario como del
secundario, estarán dictadas por la potencia del transformador.
• Frecuencia (F). Frecuencia en hercios de la red de alimentación.
• Potencia aparente (S). La potencia aparente expresada en VA (Voltiamperios)
es el resultado del producto de la tensión en el secundario por la corriente
máxima que circula por ese devanado.
S = V2
· I2
Dicho de otra forma, conociendo la potencia de un transformador en VA y la
tensión del secundario V2
, se puede calcular la corriente máxima I2
que puede
circular por este devanado. Dicha potencia corresponde a la de un transfor-
mador ideal, ya que en la práctica hay que tener en cuenta la potencia que se
disipa por las pérdidas en el cobre y en el hierro.
• Densidad de corriente (J). Es la unidad de corriente eléctrica que circula por
unidad de superficie, se mide en A/mm2
.
El dato de densidad de corriente se toma de forma empírica. Así, para un valor
extremo de densidad, el transformador es económicamente rentable al utilizar un
núcleo más pequeño y un diámetro de conductor más reducido. Sin embargo, se
corre el riesgo de sufrir un calentamiento inaceptable en sus devanados, además
de una importante caída de tensión. Por el contrario, si la densidad de corriente
es baja en exceso, puede ocurrir que el devanado tenga tales dimensiones que no
se pueda construir físicamente o bien que no sea rentable.
A pesar de que el dato para la densidad de corriente se elige de forma expe-
rimental, aquí se muestra una tabla que puede servir como referencia para
el cálculo. En ella aparecen diferentes valores en función de la potencia del
transformador.
Potencia ( VA) 5 10 50 100 200 1000 1500 2000
J (A/mm2
) 6 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,7
En corriente alterna se han de tener
en cuenta tres tipos de potencias:
Potencia aparente:
S = V · I (VA)
Potencia activa:
P = V · I · cos φ (W)
Potencia reactiva:
Q = V · I · sen φ (VAr)
recuerda
En el cálculo destinado a la cons-
trucción de transformadores, al-
gunos datos son tomados de for-
ma empírica. Es decir, se toman de
forma arbitraria en función de los
resultados obtenidos con la expe-
rimentación. Algunos de ellos son
la densidad de corriente o el ren-
dimiento.

84 Unidad 3
• Rendimiento. Un transformador es una máquina que dispone de un alto ren-
dimiento (superior al 90%), no obstante, como ya sabes, en él se producen
pérdidas en hierro (PFe
) y el cobre (PCu
), que hacen que la potencia del trans-
formador, una vez conectado a plena carga, no corresponda con la calculada
previamente. Si bien en transformadores de pequeña potencia, el dato del
rendimiento puede obviarse, no ocurre lo mismo cuando se habla de transfor-
madores de mayor potencia.
Potenciareal
Pérdidas
en el hierro
Pérdidas en el cobre
(Primario y secuandario)
Potenciaideal
PFePCu
<100%100%
a Figura 3.33. Esquema general de potencia de un transformador real.
El rendimiento se da en tanto por ciento (%) y se establece de forma empírica
como el cociente entre la potencia activa del devanado secundario (P2
) y la po-
tencia activa del primario (P1
), multiplicado todo por 100.
Como la potencia del primario es la suma de la potencia entregada a la carga y de
las pérdidas en el cobre y en el hierro, se puede decir de forma aproximada que
el rendimiento es:
h =
P2
P1
· 100 =
P2
P2
+ PFe
+ PCu
· 100
No obstante, y para agilizar el cálculo sin necesidad de conocer las pérdidas en el
hierro y en el cobre, se utilizarán los valores del rendimiento de esta tabla, estable-
cidos de forma experimental en función de la potencia aparente del transformador.
S (VA) 5 10 20 50 100 250 500 1000 2000
h (%) 63 71 78 84 89 93 95 96 96,5
El rendimiento de un transforma-
dor es más elevado a medida que
aumenta su potencia.
ejemplo
Si la tensión del secundario de un transformador monofásico es de 80 V y
la corriente de 6 A, qué valores de densidad de corriente y del rendimien-
to serán necesarios para el diseño de los devanados del transformador.
Solución
La potencia aparente (S) en VA se calcula mediante la expresión:
S = V2
· S2
= 80· 6 = 480 VA
Conociendo la potencia aparente, la densidad de corriente y el rendimiento
se toman de las tablas vistas anteriormente. En ambos casos el valor se elige
para la potencia superior más próxima
• La densidad de corriente es de J = 2 A/mm2
para el valor de potencia de 1000 VA.
• El rendimiento es del h = 95% para la potencia más próxima de 500 VA.

Transformadores 85
5. Cálculo de un transformador
monofásico
Existen dos variantes del cálculo de un transformador:
• Tomando como referencia unos materiales de partida, como pueden ser la
chapa magnética y el carrete, los cálculos se realizan con el objetivo de sacar
la máxima potencia máxima para ellos.
• Realizar los cálculos para conseguir una potencia determinada y eligir los ma-
teriales (carrete y chapa magnética) para conseguir dichos resultados.
En cualquier caso, las expresiones de cálculo son las mismas, pero aplicadas ini-
cialmente en un orden diferente.
Algunos datos para el cálculo de transformadores, tanto monofásicos como
trifásicos, se toman de forma empírica, estos son: la inducción magnética de
la chapa en Teslas, la densidad de corriente en A/mm2
, el rendimiento y el
factor por pérdidas en el cobre. En cualquiera de estos casos, dichos valores se
seleccionarán desde alguna de las tablas que se han mostrado anteriormente.
5.1. Proceso de cálculo
Los pasos 1, 2 y 3 son diferentes en función de si el cálculo se realiza para una
potencia (caso 1) o para unos materiales (caso 2) determinados.
Caso 1 Caso 2
Potencia
¿Potencia?
?
?
Potencia
¿Potencia?
?
?
Datos de partida
Los datos conocidos en ambos casos son los siguientes:
V1
: Tensión del primario en voltios.
V2
: Tensión del secundario en voltios.
F: Frecuencia en Hz.
En el contexto del caso 1: En el contexto del caso 2:
Q: Potencia aparente (VA) que se de- A y H: Dimensiones en cm del núcleo
sea conseguir. que se desea conocer.
Es importante conocer el ancho
de la columna de la chapa, ya
que puede ser algo menor que el
ancho de la ventana del carrete.
En este caso, la sección se puede
calcular con mayor precisión con
las dimensiones del núcleo y no
con la ventana del carrete.
saber más
Sección del
núcleo (Sn
)
a Figura 3.34. Sección del núcleo
magnético.
La sección del núcleo es el área de
la columna central de un transfor-
mador monofásico. De sus dimen-
siones depende la potencia del
transformador. A mayor sección,
mayor potencia, y viceversa.

86 Unidad 3
Paso 1
Para los dos casos se debe calcular la sección del núcleo magnético (Sn
) en cm2
.
Conociendo la potencia aparente S es
posible obtener de forma aproximada
la sección del núcleo magnético.
S k Sn = ⋅
Conociendo la altura (H) y el acho
(A) de ventana se puede obtener la
sección del núcleo mediante el pro-
ductos de ambos valores:
S A Hn = ⋅
La constante k permite optimizar la sección del carrete para una determinada
sección de núcleo. Se puede omitir, pero es recomendable utilizar un valor de
1,1.
Paso 2
En el caso 2 no tenemos aún el valor de la potencia aparente, lo calcularemos una
vez conocida la sección del núcleo.
S
S
k
n
=




2
Paso 3 (A partir de aquí, los cálculos son los mismos para ambos casos)
Se calcula la corriente del primario:
I
S
V1
1
=
Paso 4
Se calcula la corriente del secundario teniendo en cuenta el rendimiento (h), que
se elige en función de la potencia según la tabla vista con anterioridad.
I
S
V2
2
= ⋅η
Nota. El rendimiento debe ser expresado en decimal. Para ello se divide la notación en
% entre 100 y se obtiene el número que hay que utilizar.
Paso 5
Se obtienen los voltios por espira:
V F B Sesp n= ⋅ ⋅ ⋅4 44, F: Frecuencia en Hz
B: Inducción en Teslas
Sn
: Sección del núcleo
Los valores de la inducción se toman de forma empírica, siendo los habituales 1 T
para las chapas de grano no orientado y 1,5 T para la chapas de grano orientado.
En el segundo caso, incluso se podría llegar hasta valores de 1,7 T si el fabricante
así lo dice.
Con frecuencia se denomina arro-
llamientos a las bobinas de las
máquinas eléctricas.
recuerda

Transformadores 87
Paso 6
Se calculan las espiras de ambos devanados:
N
V
F S Bn
1
1
4 44
=
⋅ ⋅ ⋅,
N
V
F S Bn
2
2
4 44
=
⋅ ⋅ ⋅,
Siendo N1
el número de espiras del primario y N2
el número de espiras del secun-
dario.
Paso 7
Los valores obtenidos en el paso anterior corresponden al transformador ideal sin
considerar las pérdidas en el cobre. Para una aproximación real, se debe aplicar el
factor de pérdidas en el cobre (KCu
) sobre las espiras de ambos devanados.
N N Kreal Cu1 1= ⋅ N N Kreal Cu2 2= ⋅
El valor KCu
se elige en función de la potencia del secundario según se indica en
la tabla correspondiente vista anteriormente.
Paso 8
Se calcula la sección de los conductores (mm2
) para los devanados primario y
secundario según la densidad de corriente (J).
S
I
Jprimario = 1
S
I
Jsecundario = 2
El valor de J se selecciona en función de la potencia en la tabla de densidades
vista con anterioridad.
Paso 9
Como los conductores de hilo esmaltados se eligen por diámetro y no por su sec-
ción, se calcula utilizando la expresión del área del círculo.
∅ =
⋅
1
4 Sprimario
π
∅ =
⋅
2
4 Ssecundario
π
Se debe elegir el diámetro comercial superior más próximo.
Paso 10
El valor calculado para la sección del núcleo Sn
puede ser válido según se ha
visto anteriormente. Sin embargo, en dicho cálculo no se ha considerado el ais-
lamiento de las chapas. Por lo tanto, si el núcleo se ajusta apilando chapas para
conseguir el valor de Sn
, se estará cometiendo un error al no tener en cuenta el
espacio ocupado por dicho aislamiento.
Así, para calcular la ventana del carrete que permita alojar el núcleo real Snúcleo real
de chapa magnética, debe dividir Sn
por el factor de apilamiento (Kap
).
S
S
Knúcleo real
n
ap
=
En la ecuación para el cálculo de
las espiras por devanado, el pro-
ducto de la sección del núcleo por
la inducción magnética represen-
ta el valor de flujo magnético en
Weber.
φ = ⋅S Bn
saber más
Español-Inglés
Pérdidas en el hierro: iron loss
Pérdidas en el cobre: copper loss
Rendimiento: efficiency
Resistencia del devanado:
winding resistance
vocabulario

88 Unidad 3
Si el factor de apilamiento no se conoce por las características de dadas por
el fabricante de la chapa magnética, se puede utilizar un valor de 0,9 como
estándar
Paso 11
Se establecen las dimensiones A y H de la ventana del carrete.
Conociendo la sección real del núcleo Snúcleo real
y considerando que la ventana es
cuadrada (A = H), se calcula uno de sus lados:
A Snúcleo real=
Así, se busca un carrete comercial cuyo ancho de venta coincida con el lado A. Si
esto es así, el carrete debe tener una ventana coincidente en ancho y alto. Si no
es posible hacer coincidir un carrete comercial con el resultado de A, se tomará
uno próximo y se calculara la altura H de la siguiente manera.
H
S
A
núcleo real
=
Paso 12
Se selecciona el tipo de chapa eligiendo un espesor (Echp
) y el ancho de columna
para que se pueda alojar en el carrete.
Conociendo el espesor de la chapa y la altura del carrete, se calcula el número de
chapas necesarias para cubrir H.
N
H
Echapas
chp
=
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo de un transformado
que tiene los siguientes datos de partida:
• Tensión del primario V1
: 230 V
• Tensión del secundario V2
: 100 V
• Frecuencia F: 50 Hz
• Potencia aparente S: 75 VA
Datosempíricos,tomadosdelastablasvistasanteriormente,paraunapoten-
cia de 75 VA.
• Se va a utiliza chapa de grano orientado de 1,3 T.
• Rendimiento h de 84%.
• Factor de pérdidas en el cobre KCu
: 1,09
• Densidad de corriente 3,5 A/mm2
.
• Factor de apilamiento de la chapa Kap
: 0,9
AA
H
H = ASnr
Snr
a Figura 3.35. Área de ventanas
en carretes.
H
Númerodechapas
a Figura 3.36. Número de chapas
en la ventana de un carrete.

Transformadores 89
Para realizar el cálculo del transformador seguiremos los siguientes pasos:
Paso 1
Hallamos la sección del núcleo a partir de la potencia deseada. Utilizamos un
valor de 1,1 para la constante K.
S K Sn = ⋅ = ⋅ =11 75 9 53 2
, , cm
Paso 2
En este caso no es necesario.
Paso 3
Hallamos la corriente del primario.
I
S
V
1
1
75
230
0 326= = = , A
Paso 4
Hallamos la corriente del secundario para un rendimiento h del 84%.
I
S
V
2
2
0 84
75
100
0 63= ⋅ = ⋅ =η , , A
Paso 5
Calculamos el número de voltios por espira.
V F B Sesp n= ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =−
4 44 4 44 50 1 3 9 53 10 04
, , , ( , ) , 2275 V
Nota. La sección el núcleo debe darse en m2
, por eso se realiza la operación
9,53 cm2
= 9,53·10-4
m2
.
Paso 6
Calculamos el número de espiras de cada uno de los devanados.
N
V
F S B
N
V
n
1
1
2
2
4 44
230
0 275
837
4
=
⋅ ⋅ ⋅
= =
=
, ,
,
espiras
444
100
0 275
364
⋅ ⋅ ⋅
= =
F S Bn ,
espiras
El número de espiras corresponde al de un transformador ideal sin pérdidas en
el cobre. A continuación las consideraremos.
Paso 7
El número de espiras reales aplicando un factor de pérdidas en el cobre (KCu
)
de 1,09 es:
N N K
N N
real Cu
real
1 1
2 2
837 1 09 913= ⋅ = ⋅ =
= ⋅
, espiras
KKCu = ⋅ =364 1 09 397, espiras
(continúa)

90 Unidad 3
Paso 8
Calculamos la sección de los conductores de ambos devanados teniendo
en cuenta que la densidad de corriente para un transformador de 75 VA es
3,5 A/mm2
.
S
I
J
S
primario
secundario
= = =
=
1 0 326
3 5
,
,
0,093mm2
II
J
2 0 63
3 5
= =
,
,
0,18mm2
Paso 9
Hallamos el diámetro en cada caso.
∅ =
⋅
=
⋅
=
∅ =
⋅
1
2
4 4 0 093
0 34
4
S
S
primario
secund
π π
,
, mm
aario
π π
=
⋅
=
4 0 18
0 48
,
, mm
Se deben elegir los diámetros comerciales más próximos. En este caso para el
devanado primario será de 0,35 mm, y para el secundario de 0,5 mm.
Paso 10
Sección real del núcleo teniendo en cuenta un factor de apilamiento de la chapa
de 0,9.
S
S
K
núcleo real
n
ap
= = =
9 53
0 9
10 59
,
,
, cm2
Paso 11
Consideraremos el carrete como cuadrado. Así, las dimensiones quedan:
A Snr= = =10 59 3 3 33, , cm mm
Se elige un carrete comercial de 33 x 33 mm de ventana.
Paso 12
Número de chapas apiladas sabiendo que la chapa elegida es de 0,35 mm.
N
H
E
chapas
chp
= = =
33
0 35
94
,
chapas
Finalmente, el transformador queda:
Primario:
= 230 V
= 50 Hz
Espiras = 913
= 0,35 mm
Secundario:
= 100 V
= 50 Hz
Espiras = 397
= 0,5 mm
75 VA
(continuación)

Transformadores 91
6. Cálculo de transformadores
trifásicos
El cálculo de un transformador trifásico es similar al caso del monofásico; no
obstante, debido a que el sistema de corriente es diferente y el número de bobinas
que lo forman también, es necesario tener en cuenta algunos conceptos previos.
6.1. Número de bobinas y su conexión
Un transformador trifásico está formado por un núcleo magnético de tres colum-
nas del mismo ancho y sección. En cada una se arrollan las bobinas del primario
y secundario de cada una de las fases (una por columna).
Base /soporte
Devandos de
cada una de
las fases
Bornes
Carretes
Núcleo
magnético
a Figura 3.38. Partes externas de un transformador trifásico.
El número de terminales de conexión por fase será de al menos cuatro, dos para
el primario y dos para el secundario. La identificación de cada uno de estos
terminales se encuentra normalizada. Así, todos los terminales que pertenecen
al primario comienzan con el número 1 y los correspondientes al secundario lo
hacen con el número 2. Cada una de las fases se identifica con una letra: U, V y
W. Para identificar si un terminal es el principio o fin de una bobina se indica con
un 1 y un 2 respectivamente. Así, un terminal etiquetado como 1U1 indica que es
del devanado primario, que pertenece a la fase U y que es el terminal de entrada
de esta bobina. Si, por ejemplo, si está etiquetado como 2V2 indica que es un ter-
minal del devanado 2, de la fase V y que es el terminal de salida de dicha bobina.
En la siguiente figura se muestra cómo deben ser identificados los terminales de
las bobinas de un transformador trifásico.
1U1 1U2
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
1V1 1V2 1W1 1W2
2U1 2U2 2V1 2V2 2W1 2W2
Primario
Secundario
Primario
Secundario
a Figura 3.39. Identificación de terminales en las bobinas de un transformador trifásico.
a Figura 3.37. Transformador trifá-
sico (Cortesía de AIGER).
Los terminales que finalizan en el
mismo número son homólogos
entre sí.
recuerda

92 Unidad 3
6.2. Posibilidades de conexión de los devanados
Cada devanado esta formado por tres bobinas. Por tanto, hay dos posibilidades de
conexión entre ellas: estrella y triángulo. No obstante, existe una tercera deno-
minada Zig-Zag, que requiere que cada bobina sea dividida en dos en el momento
de su construcción, de este modo la conexión entre tramos se realiza como una
mezcla de estrella y triángulo.
Conexión estrella Conexión triángulo Conexión Zig-Zag
a Figura 3.40. Diferentes tipos de conexión de las bobinas de un devanado.
De esta forma habría hasta 60 posibles conexiones entre devanados del primario
y del secundario. No obstante, no todas se utilizan ya que su funcionamiento es
análogo, quedando reducidas a doce. Aquí se muestran solamente algunas de ellas.
6.3. Relación de transformación
En función de cómo se conecten las bobinas de ambos devanados, la tensión que
llega a los bornes de sus bobinas (tensión de fase) puede ser diferente a la tensión
del sistema de alimentación o de línea.
Un transformador se comporta como un receptor en un sistema trifásico equilibra-
do. Así, la tensión de línea (V) entre las diferentes fases es idéntica, ocurriendo lo
mismo con las tensiones de fase (Vf
) entre los bornes de cada una de las bobinas.
L1 L2 L3L1 L2 L3
V V
V
V V
V
Vf
Vf
Vf
Vf
Vf Vf
a Figura 3.43. Tensiones en un sistema trifásico equilibrado en triángulo y en estrella.
Si las bobinas están conectadas en triángulo, la tensión de línea es la misma que
la tensión de fase: V = Vf
. Sin embargo, si las bobinas están conectas en estre-
lla, la tensión de línea es 3 la de fase. Es decir:
V V V
V
f f= ⋅ =3
3
PrimarioSecundario
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
a Figura 3.41. Transformador trifá-
sico con conexión estrella-estrella.
Primario
Secundario
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
a Figura 3.42. Transformador
trifásico con conexión triángulo-
triángulo.

Transformadores 93
La relación de transformación en los trasformadores trifásicos se obtiene de
forma similar a la de los monofásicos. No obstante, esta depende de la forma de
conexión (estrella o triángulo) de los devanados. Si la conexión en ambos deva-
nados es la misma, es decir, estrella-estrella o triángulo-triángulo, la relación de
transformación se establece como la relación entre las espiras del primario y las
del secundario:
m
N
N
= 1
2
Denominándose relación de transformación simple.
De igual forma, si se conecta un voltímetro para medir la tensión de línea a la
entrada del transformador, y otro para medir la tensión de línea a la salida del
secundario, la relación de transformación se establece como:
m
V
Vc = 1
2
Recibiendo el nombre de relación de transformación compuesta (mc
) o de ten-
siones.
Sin embargo, si la conexión de ambos devanados es diferente (primario en estre-
lla y secundario en triángulo, o viceversa), la relación de transformación se ob-
tiene en función de la relación existente entre la tensión de línea y la de fase de
ambos devanados, teniendo en cuenta que en la conexión estrella la tensión de
línea es 3 la de fase.
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
Primario
SecundarioPrimario
Secundario
1U2
1U1
1V2
1V1
1W2
1W1
2U1
2U2
2V1
2V2
2W1
2W2
Estrella-Triángulo Triángulo-Estrella
m
V
V
V
V
N
Nc
f
f
= =
⋅
=
⋅1
2 2
1
2
3 31 m
V
V
V
V
N
c
f
f
= =
⋅
=1
2
1
2
1
3 3 ⋅⋅ N2
a Figura 3.44. Configuraciones Estrella-Triángulo y Triángulo-Estrella en transformadores trifásicos.

94 Unidad 3
6.4. Calculo para la construcción de un transformador
trifásico
Se puede decir que un transformador trifásico se calcula considerando que cada
una de las columnas se comporta como un transformador monofásico. Así, par-
tiendo de esta premisa, solamente es necesario conocer algunos datos iniciales
para comenzar dicho cálculo.
• Potencia total. La potencia que aparece en las características del transforma-
dor o la que se desea conseguir para un diseño nuevo, es la correspondiente a
la suma de las tres potencias parciales, una por fase o columna.
Para realizar el cálculo es necesario conocer la potencia de una de las colum-
nas (Sc
). La obtenemos al dividir la potencia total (S) entre el número de
columnas (3).
S
S
c =
3
• Sección del núcleo. Como las tres columnas de un transformador trifásico son
iguales, la sección del núcleo magnético utilizada para el cálculo es la sección
de una de ellas.
• Tensión de fase. Como los devanados de un transformador constituyen un
sistema trifásico equilibrado, para realizar el cálculo es necesario conocer la
tensión de una sola de las fases, tanto del primario como del secundario.
Si la conexión el devanado se realiza en triángulo, la tensión de fase correspon-
de con la de línea. Sin embargo, si alguno de los devanados está conectado en
estrella, la tensión en cada una de las bobinas corresponde a la tensión de línea
entre 3 , como se ha indicado anteriormente.
La potencia total de un transfor-
mador trifásico corresponde con la
suma de las potencias individuales
de cada una de sus columnas.
Sección del
núcleo (Sn)
a Figura 3.45. Sección de un nú-
cleo de transformador trifásico.
ejemplo
A continuación se muestra un ejemplo de cálculo de un transformado
trifásico (Estrella - Estrella) que tiene los siguientes datos de partida:
• Conexión primario - secundario: Estrella - Estrella.
• Tensión del primario V1
: 400 V
• Tensión del secundario V2
: 100 V
• Frecuencia F: 50 Hz
• Potencia S: 300 VA (Potencia por columna 100 VA).
Datos empíricos, tomados de las tablas vistas anteriormente, para una
potencia de 100 VA por columna.
• Se va a utiliza chapa de grano orientado de 1,3 T.
• Rendimiento h de 89%.
• Factor de pérdidas en el cobre KCu
: 1,08
• Densidad de corriente 3 A/mm2
.
• Factor de apilamiento de la chapa Kap
: 0,9
PrimarioSecundario
1U 1V 1W
2U 2V 2W
400 V
100 V
300 VA
50 Hz
a Figura 3.46. Esquema con los
datos eléctricos del transformador
del ejemplo.

Transformadores 95
Para realizar el cálculo del transformador seguiremos los siguientes pasos:
La potencia por fase es:
300
3
100
VA
VA=
La tensión por fase (columna) en el primario, sabiendo que las bobinas se conec-
tan en estrella, es:
V
V V
f1
3
400
3
230= = V
La tensión por fase del secundario:
V
V
f 2
3 3
= =
100V
58V
Paso 1
Hallamos la sección del núcleo a partir de la potencia deseada. Utilizamos un
valor de 1,1 para la constante K.
S K Sn = ⋅ = ⋅ =11 100 11 2
, cm
Paso 2
En este caso no es necesario.
Paso 3
Hallamos la corriente del primario.
I
S
V
C
1
1
100
230
0 43= = = , A
Paso 4
Hallamos la corriente del secundario para un rendimiento h del 89%.
I
S
V
C
2
2
0 89
100
58
1 53= ⋅ = ⋅ =η , , A
Paso 5
Calculamos el número de voltios por espira.
V F B Sesp n= ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =−
4 44 4 44 50 13 11 10 0 324
, , , ( ) , VV
Nota. La sección el núcleo debe darse en m2
, por eso se realiza la operación
11 cm2
= 11 · 10–4
m2
.
Paso 6
Calculamos el número de espiras de cada uno de los devanados.
N
V
F S B
f
n
1
1
4 44
230
0 32
725=
⋅ ⋅ ⋅
=
, ,
espiras
N
V
F S B
f
n
2
2
4 44
58
0 32
183=
⋅ ⋅ ⋅
=
, ,
espiras
(continúa)

96 Unidad 3
El número de espiras corresponde al de un transformador ideal sin pérdidas en
el cobre. A continuación las consideraremos.
Paso 7
El número de espiras reales aplicando un factor de pérdidas en el cobre (KCu
)
de 1,08 son:
N N K
N N
real Cu
real
1 1
2 2
725 1 08 783= ⋅ = ⋅ =
= ⋅
, espiras
KKCu = ⋅ =183 1 08 198, espiras
Paso 8
Calculamos la sección de los conductores de ambos devanados teniendo en cuen-
ta que la densidad de corriente para un transformador de 100 VA es 3 A/mm2
.
S
I
J
S
I
J
primario
secundario
= = =
= =
1 2
2
0 43
3
0 15
,
, mm
11 53
3
0 51 2
,
,= mm
Paso 9
Hallamos el diámetro en cada caso.
∅ =
⋅
=
⋅
=
∅ =
⋅
1
2
4 4 0 15
0 43
4
S
S
primario
secunda
π π
,
, mm
rrio
π π
=
⋅
=
4 0 51
0 81
,
, mm
Se deben elegir los diámetros comerciales más próximos. En este caso para el
devanado primario será de 0,45 mm, y para el secundario de 0,8 mm.
Paso 10
Sección real del núcleo teniendo en cuenta un factor de apilamiento de la chapa
de 0,9.
S
S
K
núcleo real
n
ap
= = =
11
0 9
12 22
,
, cm2
Paso 11
Consideraremos el carrete como cuadrado. Así, las dimensiones quedan:
A Snr= = 12 22 3 5 35, , cm mm
Se elige un carrete comercial de 35 x 35 mm de ventana.
Paso 12
Número de chapas apiladas sabiendo que la chapa elegida es de 0,35 mm.
N
H
E
chapas
chp
= = =
35
0 35
100
,
chapas
(continuación)

Transformadores 97
7. Ensayos y comprobaciones
En la fase de desarrollo de una máquina eléctrica, como puede ser un transforma-
dor, los fabricantes realizan diferentes tipos de ensayos que permiten conocer las
características y el comportamiento real del transformador, esto posibilitará su
fabricación en serie de forma optimizada.
Aquí los ensayos y comprobaciones se van a estudiar desde un punto de vista
práctico (sin entrar en detalles matemáticos), que permitirán analizar los trans-
formadores construidos en esta unidad.
7.1. Ensayo de vacío
Este ensayo se realiza alimentando el primario con la tensión para la que ha sido
diseñado y dejando sin carga (vacío) el devanado secundario.
Las medidas a realizar sobre él son:
• la tensión en los bornes del primario,
• la tensión en los bornes del secundario,
• la corriente en el devanado primario,
• la potencia del primario.
A
V V
V1 V2
W
a Figura 3.47. Esquema para el ensayo de vacío.
Este ensayo permite comprobar:
• si en el secundario se obtiene la tensión para la que ha sido diseñado,
• la relación de transformación del transformador m =V1
/V2
,
• la corriente consumida por el transformador sin carga,
• las pérdidas en el hierro (PFe
) y en el cobre (PCu
) que corresponden con la po-
tencia medida que indica el vatímetro (las pérdidas en el cobre son tan bajas
que se pueden despreciar, considerando así lo medido en el vatímetro sólo
como pérdidas en el hierro).
Español-Inglés
Ensayo de transformadores:
testing of transformers
Ensayo de vacío: open circuit test
Ensayo de cortocircuito: short
circuit test
Ensayo de carga: load test
Comprobación de polaridad:
polarity test
vocabulario
actividades
1. Sobre un transformador monofásico que se encuentre en perfecto funcionamiento, realiza las comprobaciones
del ensayo de vacío y anota los resultados en la siguiente tabla.
Concepto Valor obtenido en el ensayo
Tensión primario V1
Tensión secundario V2
Pérdidas en el hierro (PFe
)
Relación de transformación (m)
Corriente del primario I1

98 Unidad 3
7.2. Ensayo de carga
Consiste en hacer funcionar el transformador en las condiciones para las que se
ha diseñado, aplicando la tensión nominal del primario y conectando la carga
máxima en el secundario.
La carga debería ser regulable y permitir obtener el valor de máxima potencia del
transformador.
A A
V V
V1
I1 I2
V2
Carga
a Figura 3.48. Esquema para el ensayo en carga.
Las medidas a realizar son las mismas que para el ensayo de vacío, añadiendo un
amperímetro para comprobar la corriente del secundario.
Este ensayo permite conocer:
• la caída de tensión que se produce en el secundario al comprobar cuál es su
valor con o sin carga,
• la relación de transformación del transformador en función de las corrientes de
primario y secundario m =I2
/I1
.
7.3. Ensayo en cortocircuito
Este ensayo consiste en cortocircuitar el devanado secundario y aplicar una ten-
sión muy reducida en el primario, de forma que pueda circular por sus devanados
la corriente nominal. Para conseguir los valores reducidos de tensión, es necesario
un sistema de tensión ajustable como puede ser un autotransformador regulable.
A A
V
V1
I1 Pcu I2
Tensión
regulable
Cortocircuito
W
a Figura 3.49. Esquema para el ensayo en cortocircuito.
La tensión de cortocircuito (VCC
) se da de forma porcentual (%) en relación
con la tensión nominal del transformador. Dicho porcentaje permite calcular
la tensión que hay que aplicar al primario (vCC
), para que por los devanados se
establezca su corriente nominal, estando el secundario en cortocircuito.
v V
Vcc cc= ⋅
100
1
(%)
Con este ensayo se pueden deducir las pérdidas en el cobre de los devanados sin
necesidad de trabajar con tensiones o cargas elevadas. En esta ocasión lo que
marca el vatímetro corresponde con las pérdidas en el cobre. Aquí las pérdidas en
el hierro se pueden despreciar debido a que la inducción del núcleo es muy débil,
ya que se aplica una tensión de excitación muy baja.
Es evidente que el ensayo en car-
ga solamente se puede hacer con
transformadores de baja potencia,
ya que para los más grandes, por
ejemplo, de distribución, es impo-
sible disponer de cargas de seme-
jantes características.
saber más
Con los resultados del ensayo en
cortocircuito se pueden calcular de
forma indirecta otras característi-
cas del transformador, por ejem-
plo, el rendimiento.
saber más
Las pérdidas en el cobre (PCu
) se
pueden calcular de forma directa
conociendo la resistencia óhmica
de cada uno de los devanados (R),
así como las corrientes correspon-
dientes. La expresión queda:
P R I R ICu = ⋅ + ⋅1 1
2
2 2
2
recuerda
Español-Inglés
Medidor de aislamiento:
insulation tester
Medidor de resistencia
de asilamiento: insulation
resistance tester
Pinza amperimétrica:
clamp-on tester
Resistencia de los devanados:
winding resistance
vocabulario

Transformadores 99
7.4. Comprobación del aislamiento
Esta comprobación se realiza para medir la resistencia de aislamiento entre los
devanados, y entre estos y el núcleo. Para ello se utiliza el medidor de aislamiento
o megaóhmetro (Megger), que proporcionará un valor óhmico muy elevado (MΩ),
ya que si es de otra forma, se habrá detectado un problema de aislamiento.
Para comprobar la resistencia de aislamiento entre devanados, se cortocircuitan
todos los terminales del primario por un lado y todos los del secundario por otro,
conectando ambos puntos de unión a cada uno de los bornes del instrumento de
medida.
M M
Cortocircuito
Cortocircuito
Cortocircuito
Cortocircuito
Transformador monofásico Transformador trifásico
a Figura 3.50. Conexión para la medida de la resistencia de aislamiento entre devanados.
La prueba de aislamiento entre el núcleo y los devanados se realiza manteniendo
cortocircuitados los bornes de primario y secundario, conectándolos a una punta
de prueba del medidor, bien por separado o bien juntos, y un punto (no aislado)
del núcleo a la segunda punta de prueba.
M
M
Cortocircuito
Conx. al núcleo
M
Cortocircuito
M
Cortocircuito
Cortocircuito
Transformador trifásico
Transformador monofásico
Núcleo
a Figura 3.51. Conexión para la medida de la resistencia de aislamiento entre el núcleo y los
devanados.
Existe una prueba o ensayo para
la comprobación de temperatura,
que adquiere mayor importancia
cuanto mayor es la potencia del
transformador. Este ensayo con-
siste en tomar la temperatura de
la máquina durante un tiempo
determinado cuando está a plena
carga.
Esta medida se puede hacer por
contacto directo de la sonda o
termómetro con los devanados o
el núcleo del transformador o, de
modo contrario, sin contacto físi-
co utilizando una cámara térmica
o termográfica.
saber más
La comprobación de la prueba de
aislamiento debe hacerse con el
transformador desconectado de la
red de alimentación y de la carga.
recuerda

100 Unidad 3
ACTIVIdAdES FINALES
1. Di cuál es la relación de transformación de cada uno de estos transformadores.
230 V
12 V
48 V
230 V
A B
1100 esp
345 esp
C D
0,6 A
3,5 A
2. Un transformador dispone de 4 bobinas para el devanado primario y 4 para el secundario, cuyos termina-
les homólogos están marcados con un punto. En el primer caso cada bobina está diseñada para trabajar a
50 V y en el segundo a 25 V. Fíjate en las diferentes conexiones que se han realizado en los esquemas de
la figura y di qué tensión habrá que aplicar al primario (U-V) y cuál es la que se obtendrá en el secundario
(u-v) en cada uno de los casos.
C
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
A B
D
U V
u v
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
U V
u v
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
U V
u v
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
50 V
25 V
U V
u v
3. Realiza los cálculos para construir un transformador monofásico con las siguientes características:
Potencia V1
V2
Frecuencia Tipo de chapa
200 VA 230 V 48 V 50 Hz Grano orientado 0,35 mm
Datos a calcular:
datos generales
datos empíricos
(tomados de tablas)
devanados
Primario Secundario
Ventana de carrete Rendimiento Espiras
Número de chapas Densidad Diámetro de hilo
Grosor de la chapa Inducción Corriente
Columna de la chapa Pérdidas en el Cu
Rela. de transformación (m) Factor apilamiento
4. Si en el taller dispones de un carrete cuya ventana es de 36 de ancho por 50 de alto, ¿qué potencia se
puede obtener para un transformador monofásico construido sobre este carrete? Realiza el cálculo com-
pleto sabiendo que las chapas son de 0,5 mm de grano no orientado. Anota los resultados en una tabla
similar la de la actividad anterior.

Transformadores 101
5. Construye el transformador monofásico propuesto en la práctica profesional número 1 y realiza las com-
probaciones indicadas en la práctica número 2.
6. En un transformador trifásico se han diseñado las bobinas de cada una de las columnas para 135 V en el
primario y 30 V en el secundario. Di a qué tensión de línea debe conectarse el primario y qué tensión se
obtendrá en el secundario si se realizan las siguientes configuraciones:
a) Estrella-Estrella c) Triángulo-Estrella
b) Estrella-Triángulo d) Triángulo-Triángulo
¿Qué potencia se consigue en cada una de ellas si por cada columna se tienen 150 VA?
7. Construye el transformador trifásico de la práctica profesional número 3.
8. Realiza los cálculos para construir un transformador trifásico con las siguientes características:
Potencia V1
V2
Frecuencia Tipo de chapa Conexión
1 000 VA 600 V 100 V 50 Hz
Grano orientado de 1,7 T
0,35 mm
Estrella-Triángulo
Datos a calcular:
datos generales
datos empíricos
(tomados de tablas)
devanados
Primario Secundario
Ventana de carrete Rendimiento Tensión por fase
Número de chapas Densidad
Corriente por
fase
Grosor de la chapa Inducción Espiras
Columna de la chapa Pérdidas en el Cu Diámetro de hilo
Rela. de transformación (m) Factor apilamiento
entra en internet
9. Entra en Internet y busca información y catálogos de transformadores de gran potencia y distribución.
Contesta a las siguientes preguntas:
a) ¿Cuáles son las potencias normalizadas para este tipo de transformadores?
b) ¿Cuáles son los sistemas de refrigeración habituales?
c) ¿Son todos de tipo reductor?
d) ¿Cuál es su clasificación según el número de fases con el que trabajan?
e) ¿Qué se utiliza para hacer la conexión de los devanados con el exterior?
f) ¿Qué es un relé de Buchholz?

102 Unidad 3
construcción de un transformador
monofásico
OBJETIVO
Calcular y montar un transformador monofásico de baja potencia.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
• Utiliza gafas y guantes para realizar las operaciones de corte y taladrado.
• El bobinado de las espiras en el carrete se debe hacer de forma cuidadosa, ya
que de lo contrario podría ocurrir que no se pudieran alojar los dos devanados
en el carrete.
DESARROLLO
El montaje que se va a realizar en esta práctica profesional se basa en el ejemplo
de cálculo del transformador monofásico realizado en esta unidad. Por tanto,
es importante que conozcas con detalles cómo se han realizado dichos cálculos
para así identificar cada una de las variables que se van a utilizar.
Cálculo del transformador
1.Toma nota de los datos y resultados que vas a necesitar para realizar el monta-
je de transformador según los cálculos del ejemplo de la unidad.
datos generales devanado primario devanado secundario
Frecuencia de 50 Hz V1
de 230 V V2
de 100 V
Ventana de carrete (AxH) de 33 x 33 mm 913 espiras 397 espiras
Tipo de chapa de grano orientado Diámetro de hilo de 0,35 mm Diámetro de hilo de 0,5 mm
Número de chapas E/I: 94 (de cada)
Grosor de la chapa de 0,35 mm
Columna de la chapa de 33 mm
Preparación de materiales
2. Mide el cuerpo del carrete con un calibre. Con ese acho corta varias tiras del material aislante flexible. La longitud
debe ser, por lo menos, 10 cm mayor que el perímetro de la ventana del carrete.
HERRAMIENTAS
• Herramientas básicas del electricista
• Bobinadora manual
• Accesorios de bobinadora
• Devanador
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Taladro
• Broca del diámetro del eje de la bo-
binadora
• Peladora de hilo esmaltado.
• Limas de madera
• Calibre y micrómetro
MATERIAL
• Taco de madera de 33x33 mm
• Carrete de ventana 33x33 mm
• 94 chapas magnéticas E
• 94 chapas magnéticas I
• Hilo esmaltado de 0,35 mm
• Hilo esmaltado de 0,45 mm
• Tubo flexible de diferentes diámetros
• Regletas de conexión
• Aislantes flexibles laminados
• Cinta aislante o de carrocero

Transformadores 103
Las siguientes figuras muestran las características del carrete y de la cinta aislante:
Cuerpo
del carrete
Cuerpo
del carrete
a Figura 3.52. Medida para cortar las tiras de papel aislante.
3. Corta un taco de madera de la longitud del carrete. Si es necesario, utiliza las limas para adaptarlo a las dimen-
siones de la ventana del carrete.
4. Por el lado que corresponde al del área de la ventana del carrete, marca el centro y taládralo longitudinalmente
con una broca del diámetro del eje de tu bobinadora.
HA
Cuerpo
del carreteDiámetro
del eje
de bobinadora
a Figura 3.53. Taco de madera para el interior del carrete.
5. Inserta el taco en el interior del carrete. Fija el conjunto carrete/taco al eje de la bobinadora. Para ello utiliza platos
roscados. Es importante que quede perfectamente fijado para evitar que gire libremente y resbale cuando se esté
haciendo la operación de bobinado.
00000
Carrete montado
en el eje de la
bobinadora
a Figura 3.54. Acople entre el taco de madera y el carrete.
Montaje del devanado primario
6. Monta el carrete de hilo de 0,35 en el devanador y pásalo por el tensor de la devanadora como se ha indicado
en unidades anteriores. Más tarde inserta un tramo de tubo o macarrón aislante por la punta del hilo esmaltado.
Pásalo por uno de los orificios de las caras laterales de carrete de forma que el hilo esté cubierto unos centímetros
en el interior. El tramo del hilo que sale fuera del carrete debe tener entre 15 y 20 cm para que las conexiones
posteriores se puedan hacer con holgura.
7. Colocando a cero el contador de vueltas de la bobinadora, comienza con el bobinado del devanado primario.

104 Unidad 3
PRÁCTICA PROFESIONAL 1 (cont.)
Es importante que todas las espiras queden bien juntas para aprovechar al máximo el espacio en el carrete.
Procura que ningún hilo se monte sobre otra espira y que no queden huecos entre ellas.
8. Completa la primera capa del devanado primario y anota en un papel el número de espiras que tiene. A con-
tinuación, toma una de las tiras de papel aislante que cortaste en uno de los pasos anteriores y cubre toda la
capa de forma que el papel de un extremo se solape sobre el otro como medio centímetro. Coloca en dicha
unión un poco de cinta aislante o cinta de carrocero para evitar que se suelte. Una vez que hayas dado varias
vueltas del hilo en la nueva capa podrás retirar la cinta, ya que el propio hilo evitará que se suelte.
9. Continúa el bobinado de la siguiente capa. En este caso, el bobinado debe hacerse de izquierda a derecha en
el carrete. Así procederemos cada vez que finalicemos una nueva capa. Es habitual que la última capa de un
devanado no ocupe todo el cuerpo del carrete, en ese caso debes finalizar en el lugar que le corresponda y
atravesar el hilo hasta una de las ranuras próximas al lugar en el que se comenzó.
10. Corta con una tijera el hilo procedente de la devanadora, la longitud de esta terminación debe ser similar a la
anterior, entre 15 y 20 cm. De igual forma que en el terminal de inicio, debes proteger el hilo esmaltado con un
macarrón aislante. Ten en cuenta que los dos terminales de un devanado deben salir por el mismo lado de carrete.
11. Cubre con papel aislante la última capa de este devanado, retira el carrete de 0,35 mm del devanador y coloca
el de 0,45, enhebrando el hilo en el tensor.
Montaje del devanado secundario
12. El devanado secundario podría comenzarse y terminarse por una cara diferente al del primario. Esto dependerá
de cómo se desee configurar su caja de bornes externa. Aquí se ha optado por sacar los dos devanados por el
mismo lado de carrete.
13. Realiza todos los pasos vistos anteriormente y recuerda poner a cero el contador de espiras de la bobinadora y
anotar en un papel cuántas se han dado por capa.
a Figura 3.55. Inicio del bobinado primario.
Hilo esmaltado
Macarrón
aislante
a Figura 3.56. Ejemplo de colocación de
espiras en un devanado de transformador.
d Figura 3.57. Fijación de
papel aislante entre capas
del devanado.
Papel
aislante
Cinta adhesiva
d Figura 3.58. Terminación
del devanado primario.

Transformadores 105
14. Evita que queden hilos cruzados y montados en las capas y que el papel aislante no tenga arrugas o dobleces.
Ten la precaución de realizar el devanado secundario en el mismo sentido y orden que el primario. De esta for-
ma los terminales homólogos corresponderán a los que están representados en la figura siguiente.
15. Cierra con papel aislante el devanado secundario. Para ello puedes utilizar cinta adhesiva o pegamento de barra
aplicado en el lugar en el que se solapa el papel aislante. Afloja los platos roscados de la bobinadora y saca el
carrete del eje.
Enchapado del transformador
16. Prepara las chapas del transformador e insértalas en el interior del carrete. Primero debes colocar una chapa E
por el lado izquierdo y una I por el derecho. Después inviertes el orden de inserción, es decir, una chapa I por el
lado derecho y otra E por el izquierdo. Esta alternancia en la inserción de chapas, permitirán que las de un tipo
queden entrelazadas con las del otro y así formar un núcleo lo más compacto posible.
Chapa I
Chapa E
1 2 34
Orden de inserción
a Figura 3.60. Orden de inserción.
17.Una vez insertadas todas las chapas en la ventana del carrete, coloca los tornillos, convenientemente aislados, en
el interior de los orificios. Apriétalos para que el conjunto no vibre cuando sea alimentado. Finalmente, utilizando
la peladora de hilos esmaltado, retira el barniz de los terminales que salen fuera del transformador. A continua-
ción, conéctalos a un grupo de regletas como se muestra en la figura.
Secundario
Primario
a Figura 3.61. Transformador completamente terminado.
18.El transformador está terminado y listo para ser comprobado como se indica en la siguiente práctica profesional.
c Figura 3.59.
Devanados terminados.

106 Unidad 3
comprobación y ensayo
de un transformador monofásico
OBJETIVO
Comprobación y ensayo del transformador monofásico construido en la práctica
profesional anterior.
PRECAUCIONES
• No manipules los instrumentos de medida ni sus conexiones con el circuito en
tensión.
• Utilizando el medidor de aislamiento (Megger) no debes tocar la parte metáli-
ca de las puntas de prueba en el momento de hacer la medida, ya que inyecta
altas tensiones (1000 V) en el circuito a comprobar.
HERRAMIENTAS
• 2 voltímetros
• 2 amperímetros o 1 pinza amperimé-
trica
• Vatímetro de baja potencia
• Medidor de aislamiento
• Autotransformador regulable (Va-
riac)
• Polímetro con sonda de temperatura
• Módulo de carga regulable
MATERIAL
• El transformador monofásico monta-
do en la práctica anterior o cualquier
otro que se desee comprobar
• Cables de conexión para instrumen-
tos de medida
• Lámparas de 230 W de diferente po-
tencia para atizarlas como carga
DESARROLLO
Prueba de vacío
1. Sobre el transformador construido en la práctica profesional anterior monta el circuito necesario para realizar el
ensayo de vacío según el esquema de la siguiente figura.
L
N
Tensión del
primario
Tensión del secundario
(en vacío)
Intensidad del
primario
Pérdidas en
el hierro PFe
A
0
10
0,5
J.C.M.CastilloEditex
V
0
100
250
500
V
0
100
250
500
Primario Secundario
W
0
20
V A
Transformador
230 Vca
a Figura 3.62. Montaje a realizar para la prueba de vacío.
Nota. Para medir la corriente puede utilizarse una pinza amperimétrica en lugar de un amperímetro.

Transformadores 107
2. Anota los valores obtenidos en la siguiente tabla:
Magnitud
a medir
Tensión
del primario V1
Tensión
del secundario V2
Potencia en vacío.
Pérdidas en el hierro
Corriente
del primario
Relación
de transformación
Valor
Prueba de carga
Esta prueba solamente se puede realizar si se dispone de la carga adecuada para conseguir la potencia máxima del
transformador. En el taller de pruebas esto solamente es posible si el transformador es de baja potencia. Aquí se
propone la utilización de cargas de tipo resistivo como pueden ser varias lámparas conectadas en paralelo hasta
conseguir la potencia adecuada. No obstante, sería interesante que la comprobación se realizara con receptores con
componente inductiva, como pueden ser motores monofásicos. No obstante, existen módulos didácticos de carga
que pueden ser empleados de forma óptima para esta prueba.
3. Realizar el montaje siguiendo el esquema del ensayo en carga visto en la unidad.
L
N
Tensión del
primario
Tensión del
secundario
Intensidad del
primario
Intensidad del
secundario
Carga
A
0
10
0,5
A
0
10
0,5
V
0
100
250
500
V
0
100
250
500
Primario Secundario
Transformador
230 Vca
a Figura 3.63. Montaje a realizar para el ensayo en carga.
4. Conectar varias lámparas de 230 V en paralelo hasta conseguir la potencia máxima del transformador, alimentar
el circuito con corriente alterna y dejarlo funcionado 2 ó 3 minutos. Anota los resultados en la siguiente tabla y
deducir los que correspondan.
Magnitud
a medir
o deducir
Tensión
del
primario
V1
Tensión
del
secundario
V2
Caída de tensión
del secundario
tomando el valor
de V2
del ensayo
de vacío
Corriente
del
primario
I1
Corriente
del
secundario
I2
Relación
de
transformación
m
I
I
= 1
2
Valor

108 Unidad 3
Prueba de cortocircuito
5. Realizar el montaje siguiendo el esquema del ensayo en cortocircuito visto en la unidad.
L
N
Tensión del
primario
Corriente de
cortociruito
Intensidad
del primario
Pérdidas en
el cobre Pcu
||||
||||||||||||||||||
|||||||||||||||||||
||||||||||||||||||
|||||
10
00
50
editex
VARIAC
I I
Editex
JCMC
J.C.M.Castillo
V
0
A
0
10
0,5
A
0
10
0,5
V
0
100
250
500
Primario Secundario
W
0
20
V A
Transformador
Variac
a Figura 3.64. Montaje a realizar para el ensayo en cortocircuito.
6. Conecta un amperímetro en el secundario, que equivaldría a colocarlo en cortocircuito.
Nota. Si utilizas una pinza amperimétrica, debes conectar un cable entre los dos bornes del secundario y tomar
la medida sobre él.
7. Conecta un voltímetro, un amperímetro y un vatímetro en el primario de forma similar a la prueba de vacío rea-
lizada antes y conecta, también, los bornes de alimentación a la salida de un Variac.
8. Antes de conectar el conjunto a la red eléctrica de alimentación, asegúrate de que el autotransformador está
en su mínimo valor de tensión (0 V). Alimenta el Variac y aumenta lentamente el valor de tensión del primario,
observa el valor marcado por el amperímetro del secundario hasta llegar a su valor nominal. Recuerda que la
tensión de cortocircuito en forma porcentual debes calcularla según la expresión vista en la unidad.
9. El vatímetro indica las pérdidas en el cobre, ya que alimentando el transformador con una tensión reducida, la
inducción del núcleo es tan pequeña que las pérdidas en el hierro se desprecian.
Magnitud a medir o a deducir Valor
Tensión del primario VCC
Tensión de cortocircuito VCC
(%)
Recuerda que V1
es la tensión nominal para la que ha sido diseñado el transformador.
v V
VCC CC= ⋅
100
1
(%)
Corriente del primario I1
Corriente del secundario I2
(corriente de cortocircuito)
Medidas del vatímetro. Pérdidas en el cobre (PCu
)
PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)

Transformadores 109
Medida de aislamiento
10. Retira todos los instrumentos y conexiones realizados en las pruebas anteriores, puentea los bornes del deva-
nado primario con un hilo de 1,5 mm2
. Haz lo mismo con los bornes del devanado secundario. Finalmente,
conecta las puntas de prueba del medidor de aislamiento.
11. Realiza la medida según se indica en las instrucciones del instrumento y anótala en la tabla, mantén una punta
de prueba en el puente del devanado primario y conecta la otra a un punto metálico del núcleo que no esté
aislado. Para asegurarte de que la continuidad en dicho punto es buena, utiliza una lima pequeña o lija para
retirar cualquier partícula de esmalte o pintura que pueda tener el transformador.
Seguridad. Recuerda que no debes tocar las puntas de prueba cuando estás realizando la medida, ya que en
ellas se presenta una tensión elevada.
12. Realiza la misma comprobación para el otro devanado respecto al núcleo.
Primario Secundario
Transformador
2500 V
1000 V
500 V
600 V
Off
MOD. J.C.M.C 2012
Medidor de aislamiento
a Figura 3.65. Medida de aislamiento entre devanados, y entre devanados y núcleo magnético.
13. Anotemos los resultados en ambos casos.
Tipo
de medida
Aislamiento
entre devanados
Aislamiento entre
el primario y el núcleo
Aislamiento entre
el secundario y el núcleo
Valor
Otras comprobaciones
A) Medida de temperatura
14. Coloca un termómetro o la sonda de temperatura de un polímetro junto al núcleo.
15. Conecta el transformador a plena carga y mantén este modo de funcionamiento durante 5 minutos. Anota los
valores máximos conseguidos para la temperatura. Una vez hecho lo anterior, coloca el termómetro o la sonda
de temperatura junto a los devanados del transformador.
16. Realiza la comprobación nuevamente durante 5 minutos y anota los resultados.
B) Comprobación de ruido y vibraciones
17. Durante el tiempo que dura la comprobación de temperatura escucha si el transformador emite un ruido
excesivo. Comprueba también los tornillos que fijan las chapas por si alguno no estuviera los suficientemente
apretado.
Primario Secundario
Transformador
2500 V
1000 V
500 V
600 V
Off
MOD. J.C.M.C 2012
Medidor de aislamiento

110 Unidad 3
construcción de un transformador
trifásico
OBJETIVO
Calcular y montar un transformador trifásico de baja potencia.
PRECAUCIONES
• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-
dad dictadas por tu profesor.
• Utiliza gafas y guantes para realizar las operaciones de corte y taladrado.
• El bobinado de las espiras en el carrete se debe hacer de forma cuidadosa, ya
que de lo contrario podría ocurrir que no se pudieran alojar los dos devanados
en el carrete.
DESARROLLO
El montaje que se va a realizar en esta práctica profesional se basa en el ejem-
plo de cálculo del transformador trifásico realizado en la unidad, pero en este
caso con la conexión del secundario en triángulo. Por tanto, es importante que
conozcas con detalles cómo se han realizado dichos cálculos para así identificar
cada una de las variables que se van a utilizar.
HERRAMIENTAS
• Herramientas básicas del electricista
• Bobinadora manual
• Accesorios de bobinadora
• Devanador
• Llaves Allen de diferentes tamaños
• Taladro
• Broca del diámetro del eje de la bo-
binadora
• Peladora de hilo esmaltado.
• Limas de madera
• Calibre y micrómetro
• Polímetro
MATERIAL
• Hilos esmaltados del diámetro fijado
• Taco de madera del tamaño de la
ventana del carrete
• Tres carretes del tamaño de la venta-
na obtenida en el cálculo
• Número de chapas magnéticas E/I
obtenidas en el cálculo
• Tubos flexibles de diferentes diáme-
tros
• Regletas de conexión
• Aislantes flexibles laminados
• Cinta aislante o de carrocero
1. Toma nota de los datos y resultados que vas a necesitar para realizar el montaje de transformador según los cálculos
del ejemplo de la unidad.
datos generales devanado primario devanado secundario
Conexión Estrella-Triángulo V1
de 400 V V2
de 100 V
Potencia de 300 VA 752 espiras por bobina 183 espiras por bobina
Frecuencia de 50 Hz Diámetro de hilo de 0,45 mm Diámetro de hilo de 0,8 mm
Ventana de carrete (AxH) de 35 x 35 mm
Tipo de chapa de grano orientado
Número de chapas E/I: 100 (de cada)
Grosor de la chapa de 0,35 mm
Columna de la chapa de 33 mm

Transformadores 111
2. Recuerda los pasos realizados en la práctica profesional para la construcción de un transformador monofásico.
Construye de esa manera los devanados de las tres columnas del transformador e introduce las chapas en las
ventanas de los tres carretes.
3. Sigue el mismo sistema que para el transformador monofásico, es decir, coloca una chapa E por el lado derecho
y una I por el izquierdo. Después invierte el orden de inserción, es decir, una chapa I por el lado derecho y otra E
por el izquierdo. Esta alternancia en la inserción de chapas permitirá que las de un tipo queden entrelazadas con
las del otro formando así un núcleo lo más compacto posible.
123 4
a Figura 3.66. Colocación de las chapas en un transformador trifásico.
4. Aprieta los pernos de unión entre chapas para que el conjunto quede lo más compacto posible y sin holguras. No
olvides cubrirlos con un material aislante (tubo flexible o funda termoretráctil) para evitar que toque las chapas.
Después, etiqueta adecuadamente cada uno de los terminales de los devanados.
1U1 1U2 2U1 2U2 1V1 1V2 2V1 2V2 1W1 1W2 2W1 2W2
a Figura 3.67. Etiquetado de los terminales.
5. Utilizando la peladora de hilo esmaltado retira unos 50 mm del aislante en cada uno de los terminales y coloca
regletas o bornes de conexión en cada uno de ellos.
6. Une con puentes los terminales finales de cada una de las bobinas para hacer la conexión estrella entre ellos. A
continuación, extrae tres hilos para el primero y otros tres para el secundario.
1U1
1U2
2U1
2U2
1V1
1V2
2V1
2V2
1W1
1W2
2W1
2W2
Primario
Secundario
a Figura 3.68. Conexión de terminales.
7. Conecta los bornes del primario a una red de 400 V y, con un voltímetro, comprueba la tensión en los bornes del
secundario.

112 Unidad 3
MUNDO TÉCNICO
otros tipos de transformadores
Transformadores de medida
Son transformadores utilizados en instalaciones en las que se trabaja con valores de tensión y corriente muy elevados,
y en las que es necesario realizar medidas exactas de valores seguros.
Pueden ser de dos tipos, de tensión y de corriente.
• De tensión. Son similares a los transformadores de alimentación vistos en la unidad, están diseñados para conectar
a su devanado secundario un instrumento de medida voltimétrico y separarlo galvánicamente del circuito principal.
• De corriente. Permiten adaptar los niveles de corriente a valores medibles y seguros. Disponen de un devanado
primario que se conecta en serie con la carga. Este puede tener forma de bobina, barra o ser el propio cable por
el que circula la corriente a medir.
En ambos casos, se debe tener en cuenta la relación de transformación para elegir adecuadamente el instrumento de
medida. Algunas relaciones de transformación normalizadas son 75/5, 100/5, 200/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 5000/5,
etc. Así, si se elige un transformador de medida con una relación de transformación de 200/5, implica que por cada 5
unidades medidas por el instrumento, tenemos 200 reales en la instalación.
Transformadores de aislamiento
Son también denominados de seguridad o separadores. En este tipo de transformadores no es importante reducir
o elevar tensión, ya que su misión es separar galvánicamente el circuito del usuario del de la alimentación principal.
Suelen disponer de una relación 1/1, aunque existen modelos con otras relaciones de transformación.
Se utilizan en lugares que requieren garantizar al máximo la seguridad de las personas, por ejemplo, en laboratorios,
instalaciones médicas o barcos. No obstante, también se utilizan en instalaciones en las que queremos acondicionar la
red eléctrica evitando las perturbaciones del circuito principal, por ejemplo, en sistemas informáticos para el tratamien-
to de datos, instalaciones de sonido profesional, instalaciones de instrumentación médicas, etc.
a Figura 3.69. Transformador de corriente de
ventana (Cortesía de Siemens / Circuitor).
a Figura 3.70. Transformador
de corriente de barra pasante
(Cortesía de Circuitor).
a Figura 3.72. Esquema de conexión de un transformador
de aislamiento.
230 V 230 V
PE
Al circuito
de usuario
L1
N
L1’
N’d Figura 3.71.
Transformador
de aislamiento
(Cortesía de
c2ei).

Transformadores 113
EN RESUMEN
Relación de transformación Por nivel de tensión
Pérdidas de los transformadores Por número de fases de alimentación
Cálculo de transformadores
Construcción de transformadores
(monofásicos y trifásicos)
Ensayo y comprobación
Terminales homólogos
TRANSFORMAdORES
Conceptos iniciales Clasificación de los transformadores
Materiales constructivos de los transformadores
Por su construcción
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
1. Las pérdidas en el hierro son debidas a:
a. la resistencia de los devanados.
b. las corrientes de Foucault.
c. la histéresis magnética.
d. la tensión de cortocircuito.
2. Cuanto mayor es la potencia de un transforma-
dor, su rendimiento es menor.
a. Verdadero. b. Falso.
3. La potencia de un transformador se define según:
a. la sección del conductor.
b. el número de espiras del secundario.
c. la sección del núcleo.
4. Si en un transformador triásico se sabe que la
potencia por columna es de 100 VA, la potencia
total es:
a. 100 · 3 b. 100 · 3 c. 100 / 3
Resuelve en tu cuaderno
o bloc de notas

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