Diseño de inductancias y transformadores

[Picuino]

Hola a todos.
Hace poco he vuelto a repasar todos los conceptos y fórmulas relacionados con el diseño de inductancias,  bobinas y transformadores.

Hoy en día es sencillo encontrar componentes ya diseñados para la mayoría de las aplicaciones. Pero en ciertos casos y especialmente con los transformadores de fuentes conmutadas, es frecuente que sea necesario diseñar los bobinados porque no existe el componente comercial que se ajuste a nuestras necesidades.

¿Hay alguien que esté interesado en aprender a diseñar bobinados para fabricar inductancias y transformadores a medida?

Un saludo.


PD: Documentación interesante:
DC Inductor Design Using Gapped Cores (PDF)
Transformer and Inductor Design Handbook (PDF)
Inductor Design with Magnetics Ferrite Cores

Fundamentals of magnetics design  (PDF)
Magnetic Materials. Micrometals
Ferroxcube catalog
Power Conversion and Line Filter Applications. Iron powder materials  (PDF)
Ferrite Magnetic Design Tool

[Picuino]

También podemos comentar qué parámetros tienen las inductancias y transformadores comerciales, cómo entenderlos para elegir componentes y cómo agrupar en serie y en paralelo componentes comerciales para conseguir mejorar sus límites y sus características.

Un saludo.

[juaperser1]

Todo lo que sea compartir conocimientos perfecto, seguro que aprendo cosas nuevas y refresco lo que ya sabia.

[Chaly29]

Hola Picuino, me anoto para intentar aprender, no creo que aporte mucho, pero si me gustaría aprender.

Un saludo y desde ya gracias.

Atte. CARLOS.

[planeta9999]

Todo lo que sea dotar de contenidos al foro, es bueno. Y si es de material puesto al día, mucho mejor.

[KILLERJC]

Yo feliz, como dice Chaly, no creo que aporte nada, pero hace tanto que lo vi que estaria bueno repasar esto.

Tambien poseo algunos nucleos ( y alambre de 0.2 y 0.4mm) con lo que podria probar algunas cosas, Aunque son nucleos pequeños.

[Picuino]

Ya he aportado en ocasiones fórmulas y métodos, pero en este caso quería hacer algo más interactivo, en formato consultorio.
De forma que se planteen dudas y se vayan resolviendo.
Por ejemplo dudas sobre cómo calcular la corriente de saturación, la resistencia del bobinado, el tamaño del núcleo o del entrehierro, cómo caracterizar una ferrita, etc.

[Picuino]

Imagino que todos conocéis como calcular la resistencia de un devanado a partir del diámetro del hilo de cobre y su longitud (o del número de vueltas y la longitud por vuelta).
¿Alguna duda con esto?

[KILLERJC]

Por las dudas lo escribo... y diras si hay alguna equivocacion, en caso que no exista, bueno le puede servir a otra persona.

R  = \frac{L}{A} * \rho

Donde:
R = Resistencia a la temperatura dada por rho ( resistividad ).
L = Longitud del conductor
A = Area del conductor
y rho es la resistividad del cobre : 1,70 × 10^–8 ohm * m  ( @ 20ºC )  - algunos dicen 1.71 o 1.72 depende de donde se busque.

Si tenemos el diametro del cobre, el area es:

A = \pi * r^2 = \pi * (\frac{d}{2})^2

Y en caso que tengamos la cantidad de vueltas y la longitud por vuelta ( un valor medio ya que varia desde el interior al exterior ), la longitud en la formula de la longitud seria:

L =  Nvueltas * LongPorVuelta

No se si es interesante poner la desviacion de la resistencia con respecto a la temperatura.

[AcoranTf]

Yo tambien me apunto y comparto lo dicho por Chaly29 y Killer_JC.

Saludos.

[Picuino]

Hay una regla rápida muy util:

Un hilo de 1mm^2 de sección y de 1 metro de longitud a 20ºC tiene una resistencia de 0.017 Ohmios.

Si la sección es la mitad, la resistencia aumenta el doble.
Si la longitud aumenta el doble, la resistencia aumenta el doble.

La resistencia aumenta un 4% cada vez que aumentan 10º la temperatura. (aumenta un 40% si aumentan 100ºC la temperatura)

[Picuino]

Por ejemplo ¿Qué resistencia tiene un hilo de 0.8mm de diámetro y 20 metros?

Primero hay que calcular la sección. Yo utilizo la fórmula:

  Sección = Diámetro^2 * pi / 4

  Sección = 0.8^2 * 3.1416 / 4 = 0.5 mm^2

Ahora para calcular la resistencia, multiplico la resistencia típica (0.017) por 20 metros y divido por la sección:

  R = 0.017 * Longitud / Sección

  R = 0.017 * 20 / 0.5 = 0.68 Ohmios


Es lo mismo que has puesto, Killer, pero con números más sencillos (no en notación científica)


PD. Añado una pequeña tabla de secciones y diámetros de cable:

  S = D · pi / 4

D [mm]	S [mm²]
0,05	0,00196
0,10	0,00785
0,20	0,03142
0,30	0,07069
0,40	0,1257
0,50	0,1963
0,60	0,2827
0,80	0,5027
1,00	0,7854
1,20	1,131
1,40	1,539

[Picuino]

Si la temperatura aumenta de 20ºC hasta 60ºC, ha aumentado 4 tramos de 10ºC, es decir que la resistencia aumenta 4 tramos del 4%, en total un 16%

R_(60ºC) = R_(20ºC) * 1.16 = 0.68 * 1.16 = 0.788

[Picuino]

La resistividad del cobre en realidad no vale 0.017 sino que vale 0.01724 Ohmios por metro y mm^2

Lo que pasa es que ese valor tan exacto solo vale para cobre puro 100% y por otra parte esa pequeña variación corresponde a un aumento de temperatura de 3ºC, de manera que a no ser que estés haciendo cálculos para un laboratorio de metrología, por tomar el valor de 0.017 nadie se va a quejar.

Si que hay que tener en cuenta el valor de la temperatura, porque como se ve, puede cambiar el valor de la resistencia hasta un 40% y eso si que es mucho.

Un saludo.

[Picuino]

Si surjen dudas sobre la resistencia las iremos viendo.

Podemos comenzar con las bobinas (inductancias).

Un transformador no es nada más que dos o más bobinas acopladas (dos o más bobinas con el mismo núcleo magnético).
Por lo tanto para conocer cómo funciona un transformador, primero hay que conocer cómo funciona una bobina.

¿Alguna duda sobre las bobinas?  No me refiero a cómo se calculan, sino a cualquier tipo de duda general sobre tamaños, inductancias, corrientes, etc.


Un saludo.