Este documento presenta el diseño y construcción de un transformador monofásico. Explica los cálculos teóricos necesarios como la relación de vueltas por voltio, el número de vueltas en función del voltaje, la sección transversal del núcleo, y la selección de materiales incluyendo chapas magnéticas y carretes. Luego describe el procedimiento de construcción incluyendo cálculos de potencia aparente y sección transversal del núcleo para un transformador de entrada de 120V y salidas múltiples de 45V, 32V

1. Facultad de Ingeniería Electrónica
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
DE UN TRANSFORMADOR
MONOFÁSICO
Fabián Garzón
Ingeniería Electrónica
GRUPO 2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

2. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
1. OBJETIVOS
Implementar un transformador monofásico mediante la investigación de las fórmulas del diseño
pertinentes para dicho caso con la finalidad de solidificar el conocimiento adquirido en clase.
2. TEORÍA
2.1. EL TRANSFORMADOR
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de
tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética. Está
constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo
general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre
las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y
están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado,
fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada
para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario
y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.
También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado
"terciario", de menor tensión que el secundario.
2.2. DESCRIPCIÓN PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSFORMADOR
MONOFÁSICO
2.2.1. Vueltas por voltio
Especifica la cantidad de vueltas que se debe
dar para obtener el valor de un voltio. Para
encontrar la fórmula que relacione las vueltas
con el voltaje partiremos, considerando al
transformador como ideal; bajo esas
condiciones tendríamos que:
El flujo magnético que se produce en el
primario junto con el flujo magnético que se
produce en el secundario son iguales al flujo
magnético mutuo así que:
φm = φ p = φs

3. Ahora necesitamos obtener el voltaje que se de en el primario en función del flujo magnético
mutuo. Recordando que el voltaje en una bobina se obtiene por1:
∂φ p ∂φm
e p = Np. = Np.
∂t ∂t
si : φm = Φm.sen( wt ) entonces :
∂
e p = Np. [Φm.sen(wt )]
∂t
 π
e p = Np.Φm.cos( wt ).w como : cos A = sen  A + 
 2
e p = Np.w.Φm.sen( wt + π / 2).
Aquí se puede observar que el término: sen( wt + π / 2) que el voltaje inducido ( e p ) adelanta la
corriente en 90° a través de la bobina primaria. De este término sólo nos indica la forma del
voltaje, y en este análisis no nos interesa la forma sino la cantidad que posee de ello que
quedamos en:
e p = Np.w.Φm
Buscamos el valor efectivo del voltaje primario (Ep como RMS):
ep
Ep =
2
Np.w.Φm Np.(2π . f ).Φm
Ep = =
2 2
2π . f .Np.Φm
Ep = = 4.44. f .Np.Φm
2
E p = 4.44. f .Np.Φm
y con la misma analogía se obtendría Es quedando:
Es = 4.44. f .Ns.Φm
De esto podemos concluir que voltaje en una de las bobinas en función de flujo magnético y el
número de vueltas está dado por:
V = 4.44. f .N .Φm
Si recordamos que el flujo magnético está dado por:
Φm = B.Sn
donde : B = Campo magnético dado en [ Gauss ]
Sn = Área transversal donde se envolvio la bobina dada en cm 2 
 
Entonces la ecuación nos quedaría como:
1
Las letras mayúsculas en una variable, de voltaje o corriente, indica que dicho valor es RMS; y por el contrario una letra
minúscula representa que es su valor máximo.

4. V = 4.44. f .N .B.Sn
De donde obtenemos la ecuación que describiría la relación amperios por voltios así:
N 1
=
V 4.44. f .B.Sn
Ahora tomemos en cuenta que:
Según el Sistema Cegesimal de Unidades, el gauss es la unidad con la que se mide la densidad de flujo
magnético (B), mientras que el oersted es la unidad con la que se mide la intensidad del campo magnético
4 -3
(H). Una tesla es igual a 10 gauss, y un amperio por metro es igual a 4π×10 oersted.
Las unidades para medir el flujo magnético (Φ) —el cual es el producto de la densidad de flujo magnético
(B) y área (A), i.e., Φ = BA— es la unidad weber (Wb) en el sistema MKS y el maxwell (Mx) en el sistema
8
GCS. El factor para convertir es de 10 , porque el flujo es el producto de la densidad de flujo y área, área
4
teniendo el cuadrado de la unidad de distancia y por lo tanto 10 (factor de conversión de la densidad de
2
flujo) veces el cuadrado de 10 (factor de conversión de distancia linear, i.e., centímetros por metro). [1]
De este hecho es que para poder utilizar el campo magnético (B) en Gauss y no altere a las
demás unidades de las variables que lo acompañan multiplicamos por el factor de conversión
8
1x10 a la ecuación de amperios por vuelta quedando como:
N 1.108
=
V 4.44. f .B.Sn
donde : N/V = relación vueltas por voltio medido en [ vueltas/voltio ]
f = Frecuencia [ Hz ]
B= Camp magnétcio medido en [ Gauss ]
Sn= Área de la sección del núcleo ó area donde se envuelve la bobina cm 2 
 
Para trasladar esta ecuación para nuestro transformador debemos toma en cuenta que la
frecuencia a la que trabajan los equipos en el Ecuador es de 60Hz y utilizando un valor estándar
para los transformadores monofásico de 10000Gauss, tendríamos nuestra relación como:
N 1.108
=
V 4.44.(60 Hz ).(10000Gauss).Sn
Esto quedaría como:
N 37.5
=
V Sn
2.2.2. Número de vueltas en función del voltaje
Toman en cuenta la demostración anterior podemos plantear lo siguiente:

5. Np = Número de vueltas en el primario
Vp= Voltaje en el primario
Vp.(37,5)
Np = 37,5 = Constante que depende del tipo de chapa, tipo de transformador
Sn Sn = Área de la sección del núcleo cm2
Ns = Número de vueltas en el secundario
Vs= Voltaje en el secundario
Vs.(37,5) 37,5 = Constante que depende del tipo de chapa, tipo de
Ns =
Sn transformador(Para el secundario en la práctica este valor debería ser
5% mayor que el primario debido a las pérdidas)
Sn = Área de la sección del núcleo cm2
Nota: Aquí cabe recalcar que el valor de 37,5 visto desde la práctica no es tanto un valor que se
calcula si no un valor que depende del tipo de chapas y tipo de transformador que se vaya a
realizar.
2.2.3. Sección transversal del núcleo (Sn)
Como nos hemos dado cuenta en las dos secciones anteriores para poder realizar esos
cálculos necesitamos conocer el valor de la sección transversal del núcleo (Sn) para ello
utilizaremos la siguiente definición:
Sn = k . S
donde : Sn= sección transversal del núcleo cm 2 
 
S = potencia aparente en el secundario [ VA ]
k = coeficiente del hierro para chapa magnética
Para determinar el valor de K se debe tomar en consideración a la siguiente tabla y siempre se
debe optar por el valor de mayor del rango:
Valores del coeficiente del hierro (k) para chapa magnética
de buena calidad (chapa de grano orientado)
Potencia del transformador (P) Coeficiente (k)
de 25 a 100 VA entre 0,7 y 0,85
de 100 a 500 VA entre 0,85 y 1
de 500 a 1.000 VA entre 1 y 1,1
de 1.000 a 3.000 VA entre 1,1 y 1,2
Recuérdese que la potencia aparente se calcula como:
S = V .I

6. 2.2.4. Sección transversal de los conductor (Sc)
Para ello utilizaremos la siguiente definición:
Sc= Sección del conductor (primario/secundario)
IC
SC = Ic = Intensidad del conductor (primario/ secundario)
δ δ = Densidad de corriente en A/mm2 (generalmente 4 A/mm2)
El valor de la densidad de corriente ( δ ) se puede obtener a partir de la siguiente tabla:
Potencia( VA) 10 a 50 51 a100 101 a 200 201 a 500 501 a 1000 1001 a 1500
δ A/mm2 4 3,5 3 2,5 2 1,5
Nota: En la práctica se recomienda mucho usar par la densidad de corriente ( δ ) el valor de 4 A/mm2
Con esta sección se consigue el número del cable en una tabla de cables AWG.
2.2.5. Elección de la chapa magnética (ancho de la columna del núcleo “a”)
La elección de la chapa se hace en función del ancho de la columna del núcleo que
correspondería al ancho de la parte central de la chapa que en la gráfica de la siguiente tabla se
representa como “a”:
Aquí se selecciona el valor “a” que corresponderá al ancho de la chapa y por ende al ancho del
núcleo.
Con este valor de “a” procedemos a calcular el carrete.

7. 2.2.6. Elección del carrete
Si recordamos que el área es igual a la
multiplicación del largo por el ancho
podríamos decir que:
Sn = a.b
Sn
b=
a
Con ello tendríamos la dimensión que debería tener la sección transversal del carrete
equivalente, claro está, a Sn. El carrete estará expresado con dimensiones (a x b).
Y se elige de la siguiente tabla: (Ver tabla de carretes en la siguiente página, en la tabla la b
remplazan por h)
2.2.7. Número de chapas necesarias
Se obtiene a partir de la medida (b) del carrete y del espesor (e) de la chapa.
b
N chapas =
e
2.2.8. Taps
La traducción al español de la palabra TAPS es
derivación, entonces de ahí partiremos para dar una
explicación de lo que se trata esto. Las TAPS
básicamente son derivaciones o tomas (sueldas de
cable) que se hacen en diferentes números de espiras
por debajo a la nominal del transformador o por encima
de esta, esto sirve para que cuando el transformador ya
esté en funcionamiento podamos tener la opción de
variar la tensión de ingreso o de salida, por lo general los
transformadores tienen un selector para que podamos
escoger en que numero de bobina queremos que esté conectado el terminal del bobinado
primario (por lo general) o secundario.
Para sacar varios voltajes en secundario es necesario realizar taps a medida que se envuelven
las vueltas correspondientes a cada voltaje calculado. Ejemplo: supongamos que para tener 24v
en el secundario yo debo envolver 200 vuelta, para tener 12 voltio yo debo dar 100 vueltas y
para 6 voltio yo debo dar 50 vueltas; entonces: empiezo envolviendo el devanado secundario,
cuando ya haya dado 50 vueltas, aquí deberé sacar un tap o mejor dicho soldar un cable
porque aquí dará 6 voltios, luego seguiré envolviendo hasta completar las 100 vuelta y aquí
soldare otro cable o sacaré otro tap y por ultimo continuaré envolviendo hasta obtener las 200
vueltas.

9. 3. EQUIPO Y MATERIALES
Chapas magnéticas Pinzas y Playo
Carrete de plástico Cinta de enmascarar (Maski)
Alambre de cobre Papel parafinado
Multímetro Máquina de rebobinado
Guantes
4. PROCEDIMIENTO
4.1. Datos
Vp = 120v
Vs = 45v; 32v; 24v; 12v; 6v; 3v
Is = 1.5 A para todos los secundarios
fp=cosφ =0.85
rendimiento (n)=0.9
4.2. Cálculo de la potencia aparente (S) y Sección Transversal del núcleo (Sn)
Ps = Vs .I s .cos φ = (45v).(1,5 A).(0.85) = 57.375w
Ps P 57.375w
n= → Pp = s = = 63.75w
Pp n 0.9
cos φ = 0.85 2
P P 57.375w
cos φ = s → S = s = = 67.5VA
S cos φ 0.85
S = 67.5VA
Sn = k . S → según la tabla k = 0.85
Sn = (0,85). 67,5VA = 6,98cm2
Sn = 6,98cm 2
4.3. Elección de la Chapa
Las chapas que conseguimos son de forma EI número 75, que provee de un ancho en la columna del
núcleo a=19mm=1,9cm (se puede apreciar en la tabla de chapas propuesta anteriormente).
a= 19mm=1,9 cm
2
Utilizamos la Potencia del secundario (Ps) para sacar la potencia aparente porque lo que buscamos es la potencia que va
a dar el transformador.

10. 4.4. Elección del Carrete
con a = 1,9cm
Sn 6,98cm2
b= = = 3, 67cm
a 1,9cm
b = 3, 67cm
Por lo tanto necesitamos un carrete de (axb) = 1,9cm X 3,87cm=19mm X 38,7mm
Según las tablas de carretes el mejor es el número 77.6 que provee de una dimensión de 22mm X
40mm. Si la chapa no ajustará habrá que crear el carrete de acuerdo a la dimensión calculada o elegir
una menor dimensión.
4.5. Número de chapas
Considerando un espesor de la chapa e=0.5mm=0.05cm, entonces:
b 3, 67cm
N chapas = = = 73, 5 ≈ 74 chapas
e 0.05cm
4.6. Cálculo de vueltas
Vueltas primario (Np):
37.5 37.5
N p = Vp = 120 = 644.69 ≈ 645 [ vueltas ]
Sn 6.98
Vueltas Secundario (Ns):
Para Vs=45v:
37.5 37.5
N s = Vs = 45 = 241, 7 ≈ 242 [ vueltas ]
Sn 6.98
Para Vs=32v:
37.5 37.5
N s = Vs = 32 = 171, 9 ≈ 172 [ vueltas ]
Sn 6.98
Para Vs=24v:
37.5 37.5
N s = Vs = 24 = 128,9 ≈ 129 [ vueltas ]
Sn 6.98

11. Para Vs=12v:
37.5 37.5
N s = Vs = 12 = 64.47,9 ≈ 65 [ vueltas ]
Sn 6.98
Para Vs=6v:
37.5 37.5
N s = Vs =6 = 32, 2 ≈ 33 [ vueltas ]
Sn 6.98
Para Vs=3v:
37.5 37.5
N s = Vs =3 = 16,11 ≈ 17 [ vueltas ]
Sn 6.98
4.7. Cálculo de corrientes
Corriente primario (Ip):
Pp 63, 75w
Ip = = = 0.53 A
Vp 120
Corriente secundarios (Is):
Para todos los secundario se acordó en los datos un valor de Is = 1.5 A
4.8. Cálculo secciones de los conductores y calibre del alambre
Sección y Calibre de conductor para el primario (Scp):
I
SC = C
δ
0.53 [ A]
Ip El calibre del conductor es: 26 AWG
SCp = = = 0.13mm 2
δ 4  A / mm2 
 
Sección y Calibre de conductor para el secundario (Scs):
IC
SC =
δ El calibre del conductor es: 21 AWG en este
Is 1.5 [ A] caso para todos los voltajes del secundario
SCs = = = 0.38mm 2
δ 4  A / mm 2 
 

12. Tabla de conductores:
5. CONCLUSIONES
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de
tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética.
La relación voltios por vuelta es la que nos permite crear una ecuación para el número de vueltas
en función del voltaje, considerando que la constante (37.5) puede variar dependiendo del tipo de
chapa y transformador que se utiliza y además está en función del campo magnético que se desee
generar medido en Gauss.
Es muy importante recordar que la sección del núcleo es equivalente a la raíz cuadrada de la
potencia aparente producida por el secundario y esta multiplicada por un coeficiente del hierro (k)
que a su vez será elegida a partir de una tabla en base a la potencia manipulada.
Para poder elegir la chapa, es necesario observar el ancho que tiene en el núcleo, para con la
sección del núcleo calculada obtener el largo de la sección transversal. Aquí sería preferible uno
conseguir las chapas antes que buscar la dimensión en una tabla.
Cuando no se conozca el espesor de las chapas se considera un valor estándar de 0.5 mm
La sección de un conductor viene dado por la corriente que circula por él y la densidad de corriente
que viene dado en tablas de acuerdo a la potencia que se maneje. Aquí se recomienda mucho
2
utilizar por lo general 4 A/mm .
El hecho de usar una carcasa metálica alrededor del transformador construido permite generar el
efecto de la jaula de Faraday provocando que el campo electromagnético en el interior de un
conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos.

13. El efecto de la jaula de Faraday se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo
electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección
en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto
que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto
en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será
igual a 0.
Cuando se utiliza la tabla AWG para ver el cable hay que recordar que entre más pequeños la
sección del conductor más grande el calibre del conductor y viceversa.
Cuando en las chapas del transformador no se utiliza tornillos de ajuste, las chapas empiezan a
vibrar y a desajustar el enrollado de las bobinas, por ello es muy recomendable que se utilice
tornillos de ajuste con tuerca.
6. RECOMENDACIONES
La mayoría de los cálculos estará presente siempre el error humano, para poder disminuir este
factor se aconseja que sé sobre dimensione los valores calculados, pero en base a un criterio
formado los transformadores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de
tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética.
Al momento de elegir la chapa, se recomienda no acudir tanto a una tabla; es mucho mejor que
uno arbitre la chapa a utilizar (porque puede ser que se pueda desarmar otro transformador y de
este obtener sus chapas) y obtener de allí el valor del ancho del núcleo ”a”. Esta recomendación se
aconseja por qué encontrar las chapas adecuadas es una labor muy ardua y consigo la búsqueda
del carrete.
Al momento de realizar la envoltura del bobinado secundario hay que tratar de evitar que este
bobinado tope a los perfiles de las chapas, esto se puede conseguir poniendo retazos de madera
entre ellos.
Por lo general el carrete lo más complicado a conseguir en la construcción del transformador,
entonces se recomienda que en función de este, una vez conseguido, se trabaje todos los
cálculos.
Se recomienda aplicar un barniz al transformador de tal manera que este recubrimiento ayuda a la
nivelación de la temperatura en el transformador.

14. Bibliografía
[1] Anónimo, «Wikipedia,» [En línea]. Available: http://es.wikipedia.org/wiki/Gauss_(unidad).
[2] R. I. Boylestad, Análisis Introductorio de Circuitos, Octava ed., México: Pearson Education, 1998.
[3] J. Pillco, «Monografías.com,» [En línea]. Available:
http://www.monografias.com/trabajos93/transformadores-monofasicos/transformadores-
monofasicos.shtml.
[4] K. Jaramillo, «Monografías.com,» [En línea]. Available:
http://www.monografias.com/trabajos93/construccion-transformadores-trifasicos/construccion-
transformadores-trifasicos.shtml.
[5] Anónimo, «Contruya su Video rockola,» [En línea]. Available:
http://construyasuvideorockola.com/transformador_casero_03.php.
[6] E. Harper, El libro práctico de los generadores, transformadores y motores eléctricos, Primera ed., LIMUSA.
[7] D. C. Giancoli, FÍSICA: Principios y Aplicaciones, Cuarta ed., Pretice Hall.