¿De qué están hechos los transformadores?

En términos generales, los transformadores están hechos de varios componentes principales, incluidos núcleos, devanados, material aislante, sistemas de enfriamiento y envolventes protectoras. Al conocer estos componentes y los materiales utilizados para construirlos, puede mejorar el diseño, la operación y el mantenimiento. de transformadores para garantizar un rendimiento óptimo en diversos sistemas eléctricos.

Puntos clave

– 5 componentes principales de los transformadores.

– Materiales para núcleos de transformadores: acero al silicio, acero amorfo, ferrita y nanocristalino.

– Materiales para los devanados de transformadores: cobre, aluminio y diferentes técnicas de bobinado.

– Materiales aislantes en transformadores: aceite de transformador, aislamientos sólidos y materiales sintéticos.

– Sistemas y materiales de refrigeración: aletas en baño de aceite, enfriadas por aire, aluminio y cobre.

– Materiales de envolvente de protección: acero, aluminio, revestimientos protectores, juntas y materiales resistentes al fuego.

5 componentes principales de los transformadores

Los transformadores son dispositivos detallados que desempeñan un papel fundamental en la circulación y transmisión de energía eléctrica. Las partes centrales de los transformadores son fundamentales para su funcionamiento, garantizando una transferencia de energía efectiva entre los circuitos. Estas partes incluyen el núcleo, los devanados, el aislamiento, los sistemas de enfriamiento y las salas de seguridad. .

1.Núcleo

El núcleo de un transformador es fundamental para su característica, ya que ofrece la ruta magnética que ayuda en la transferencia de energía. Generalmente está hecho de acero al silicio laminado para disminuir las pérdidas de energía como resultado de la histéresis y las corrientes parásitas. una ruta de reluctancia reducida para el cambio magnético, que es vital para el funcionamiento eficaz del transformador.

2. Devanados

Los devanados son bobinas conductoras enrolladas alrededor del núcleo. Estos devanados generalmente están hechos de cobre o aluminio liviano, elegidos por su excelente conductividad eléctrica y dureza. Hay dos tipos principales de devanados en un transformador: el devanado clave (que obtiene la entrada). voltaje) y el devanado adicional (que entrega el voltaje cambiado a la salida).

3.Aislamiento

Los materiales aislantes son vitales para evitar cortocircuitos eléctricos entre los devanados del transformador y el núcleo. Estos productos incluyen papeles, barnices y aceites protectores. El material aislante debe resistir niveles de alta temperatura y tensiones eléctricas para garantizar la durabilidad y confiabilidad del transformador.

4. Soluciones de refrigeración

Los transformadores producen calor durante el funcionamiento, que debe disiparse de manera eficiente para mantener el rendimiento y la longevidad. Los sistemas de enfriamiento en los transformadores generalmente involucran aire, aceite o agua como herramientas de enfriamiento. Estos sistemas pueden consistir en radiadores, seguidores y bombas para aumentar la disipación de calor.

5. Salas de protección

Las salas de protección son necesarias para proteger los transformadores de factores ecológicos y daños mecánicos. Estas salas pueden estar hechas de una variedad de productos, que consisten en acero y aluminio liviano, que ofrecen dureza y robustez. Estas salas también están equipadas con sistemas de base para garantizar la seguridad. Dirigir las corrientes de falla de manera segura a tierra.

En una palabra, comprender los elementos centrales de los transformadores es fundamental para cualquier persona relacionada con su estilo, operación o mantenimiento. La correcta elección y asimilación de estos elementos aseguran que los transformadores funcionen de manera eficiente y precisa en diferentes sistemas eléctricos.

Materiales utilizados para los núcleos de transformadores

El núcleo de un transformador es un componente importante que afecta significativamente su eficiencia y rendimiento. La característica principal del núcleo es proporcionar una trayectoria de resistencia reducida al cambio magnético, lo que mejora la capacidad del transformador para mover energía entre sus devanados. Se utiliza para fabricar núcleos de transformadores, cada uno elegido por sus ciertas propiedades que se suman al rendimiento total del transformador.

El acero al silicio es uno de los materiales más utilizados para los núcleos de transformadores. Se prefiere por sus magníficas propiedades magnéticas, incluida la alta permeabilidad y la reducción de la pérdida del núcleo. La adición de silicio al acero minimiza la pérdida por histéresis, que es la potencia perdida debido al retraso. de magnetización detrás de la presión atractiva. Esta reducción en la pérdida por histéresis es crucial para aumentar la efectividad de los transformadores, especialmente aquellos que funcionan a frecuencias más altas.

Otro material utilizado en los núcleos de los transformadores es el acero amorfo. A diferencia del acero al silicio, que tiene una estructura cristalina, el acero amorfo tiene una estructura no cristalina y similar al vidrio. Esta estructura distinta minimiza significativamente las pérdidas por corrientes parásitas, que son causadas por las corrientes dentro del núcleo. que crean disipación de energía Los núcleos de acero amorfo son especialmente útiles en transformadores energéticamente eficientes porque pueden disminuir las pérdidas del núcleo en aproximadamente un 70% en comparación con los núcleos de acero al silicio tradicionales (para obtener más información, puede consultar el blog: Diferencia entre núcleo amorfo y acero al silicio) . Centro )

Los núcleos de ferrita también se utilizan con frecuencia en tipos específicos de transformadores, específicamente aquellos que funcionan con altas regularidades. Las ferritas son sustancias cerámicas que incluyen óxido de hierro mezclado con aspectos metálicos como manganeso, zinc o níquel. Estos productos muestran una alta permeabilidad magnética y una alta resistividad eléctrica. lo que ayuda a reducir las pérdidas por corrientes parásitas. Los núcleos de ferrita se utilizan principalmente en aplicaciones como materiales de alimentación de modo conmutado y transformadores de RF.

Junto con el acero al silicio, el acero amorfo y las ferritas, los productos nanocristalinos están ganando popularidad para aplicaciones de núcleos de transformadores. Los núcleos nanocristalinos están hechos de aleaciones a base de hierro y muestran estructuras de grano excepcionalmente grandes, comúnmente en el rango nanométrico. alta permeabilidad y baja pérdida del núcleo, lo que los hace ideales para transformadores de alto rendimiento en aplicaciones que requieren una eficacia energética fenomenal y un tamaño minimizado.

La selección del material del núcleo en los transformadores se ve afectada por varios elementos, que consisten en la frecuencia de operación necesaria, el grado de eficiencia preferido y la aplicación determinada del transformador. Al elegir cuidadosamente el material del núcleo apropiado, los ingenieros pueden maximizar la eficiencia de los transformadores. garantizando que satisfacen las necesidades requeridas por los sistemas eléctricos modernos.

Construcción de devanados de transformadores

La construcción de los devanados del transformador es un elemento crucial del diseño del transformador, que afecta tanto el rendimiento como la eficiencia. Los devanados son bobinas de cable que generan un área magnética cuando la corriente eléctrica circula con ellos. Estos devanados se pueden clasificar principalmente en dos tipos: devanados principales. y devanados secundarios.

Productos utilizados en devanados

Los devanados de los transformadores generalmente se construyen con cobre o aluminio. elección sensata para aplicaciones específicas.

Estrategias sinuosas

Dos métodos comunes utilizados en la construcción de devanados de transformadores son el devanado de capa y el devanado de disco.

El bobinado en capas implica enrollar el cable en numerosas capas con aislamiento entre cada capa. Este método se utiliza normalmente para transformadores con clasificaciones de potencia más bajas y ofrece un gran aislamiento eléctrico y resistencia mecánica.

El bobinado del disco, por otro lado, implica enrollar el cable en discos o bobinas, que luego se apilan. Esta técnica se usa típicamente para transformadores de alto voltaje, ya que utiliza un enfriamiento mucho mejor y reduce la tensión de voltaje entre vueltas.

Aislamiento en devanados

El aislamiento es una parte esencial de la construcción de los devanados del transformador. Garantiza que la energía eléctrica esté contenida dentro de los devanados y protege contra cortocircuitos. Los productos de protección habituales incluyen papel, barniz y epoxi. Estos productos deben resistir el calor y la electricidad. estrés y ansiedades sin debilitarse con el tiempo.

En los transformadores modernos, a menudo se utiliza papel mejorado térmicamente para aumentar la eficiencia térmica y la longevidad. Se utilizan barniz y epoxi para recubrir los devanados, agregando una capa adicional de protección y ayudando a proteger los devanados en el espacio.

Materiales aislantes en transformadores

Los materiales aislantes son partes críticas de los transformadores, ya que garantizan el aislamiento eléctrico de varias partes del transformador, manteniendo en consecuencia la seguridad y la eficiencia. La opción de materiales de protección adecuados es crucial para el funcionamiento confiable y la durabilidad del transformador.

Aceite del transformador

Uno de los principales materiales de protección utilizados en los transformadores es el aceite para transformadores. Este aceite ofrece numerosos propósitos:

1. Proporciona aislamiento entre los componentes internos en línea y ayuda a disipar el calor generado durante el procedimiento. El aceite de transformador habitual incluye aceite mineral, aceite a base de silicona y aceites ecológicos, cada uno elegido en función de requisitos de rendimiento específicos y factores ecológicos a considerar. .

2. El aislamiento resistente es otro aspecto importante, a menudo fabricado con materiales como papel y cartón prensado a base de celulosa. Estos materiales se fertilizan con aceite de transformador, lo que mejora sus propiedades protectoras y su dureza mecánica. El aislamiento del papel, adquirido a partir de celulosa de alta pureza, generalmente. uso de capas para desarrollar barreras aislantes alrededor de los devanados y entre los devanados y el núcleo.

Resina epoxica

Otro material aislante importante es la resina epoxi, que normalmente se utiliza para fundir elementos de transformadores. El material epoxi ofrece un aislamiento robusto, soporte mecánico y una gran defensa contra la humedad y las impurezas ambientales. Este material es específicamente útil en transformadores de tipo seco, donde es necesario el aislamiento de fluidos. imposible.

Materiales mixtos

Además, los materiales aislantes deben resistir diversas tensiones y ansiedades, como daños eléctricos, térmicos y mecánicos. Para ello, los productores suelen utilizar una mezcla de materiales para optimizar el rendimiento del transformador. Por ejemplo, la mica suele incorporarse al aislamiento. Systems por sus excelentes propiedades dieléctricas y resistencia térmica, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alto voltaje.

Otro material

Junto con los materiales aislantes principales, se utilizan piezas aislantes auxiliares como cintas aislantes y barnices para mejorar el aislamiento en algunos lugares. Estos productos brindan capas adicionales de seguridad y son fundamentales para garantizar la integridad general del transformador.

Sistemas de refrigeración y sus materiales.

Los transformadores a menudo generan calor sustancial durante todo el procedimiento, lo que requiere sistemas de enfriamiento confiables para garantizar una eficiencia y longevidad ideales. Los enfoques clave de los transformadores de enfriamiento incluyen aire acondicionado sumergido en aceite y sistemas enfriados por aire, cada uno de los cuales utiliza ciertos productos adaptados a sus procesos de enfriamiento particulares.

Sistema de aire acondicionado sumergido  en aceite

Los sistemas de refrigeración sumergidos en aceite son los más comunes para los transformadores. Estos sistemas utilizan aceite mineral o ésteres artificiales para disipar el calor. El aceite ofrece una doble función: funciona como refrigerante y aislante. El aceite absorbe el calor del núcleo y. devanados y luego transfiere este calor al contenedor del transformador, donde se emite o elimina mediante procesos de flujo e intercambio de calor.

El uso de ésteres artificiales está ganando atractivo debido a su mayor factor de fuego y su biodegradabilidad en comparación con el aceite mineral estándar. Esto los convierte en una alternativa más segura e incluso más ecológica.

 Sistema enfriado por aire

Los sistemas enfriados por aire, también entendidos como transformadores de tipo seco, dependen del aire circundante para disipar el calor. Estos transformadores utilizan mecanismos de convección y radiación para enfriar el núcleo y los devanados, generalmente mejorados mediante circulación forzada de aire mediante seguidores o. sopladores.

Los sistemas enfriados por aire generalmente utilizan materiales como aletas livianas de aluminio o cobre conectadas al núcleo y devanados para elevar el área y lograr una mejor disipación del calor. El enfriamiento por aire forzado, aplicado para utilizar ventiladores o sopladores, mejora el rendimiento del enfriamiento al aumentar el flujo de aire sobre estos. superficies.

Soluciones de refrigeración híbridas

Algunos transformadores emplean sistemas de enfriamiento híbridos que combinan enfoques de enfriamiento por aceite y aire. Estos sistemas pueden utilizar flujo de aceite forzado y ventiladores de aire para maximizar la disipación de calor. La circulación forzada de aceite mejora la transferencia de calor dentro del transformador, mientras que los ventiladores ayudan a disipar este calor. el entorno circundante.

Los sistemas híbridos son especialmente útiles en transformadores grandes donde la pérdida de calor es sustancial. Al incorporar las ventajas de la refrigeración por aire y por aceite, estos sistemas garantizan pautas de nivel de temperatura confiables incluso bajo problemas funcionales graves.

Materiales de protección y envolvente para transformadores

Los transformadores son partes importantes de los sistemas de energía eléctrica, y su seguridad y los materiales de la unidad juegan un papel vital para garantizar su funcionamiento confiable y sin riesgos. Estos productos se crean para proteger el transformador de variables ambientales, daños mecánicos y peligros eléctricos.

Tipos de gabinetes y productos

Los transformadores se pueden alojar en varios tipos de unidades, cada una personalizada según requisitos ecológicos y operativos específicos. Los principales tipos de unidades incluyen:

Recubrimientos de seguridad

Junto con los materiales estructurales, se aplican capas protectoras a las salas de transformadores para aumentar su resistencia y longevidad. Estos recubrimientos incluyen:

Juntas y Sellos

Garantizar un sellado limitado en unidades transformadoras es fundamental para evitar el ingreso de humedad e impurezas. Los productos típicos utilizados para juntas y sellos cubren:

Materiales resistentes al fuego

Los transformadores pueden enfrentar niveles de alta temperatura y amenazas de incendio, lo que hace que los materiales ignífugos sean vitales. Los productos ignífugos típicos incluyen:

Factores ecológicos a considerar

La selección de materiales de la sala de seguridad para transformadores debe considerar los impactos ambientales. Se prefieren significativamente productos y acabados duraderos para reducir la huella ambiental.

– Utilizar materiales reciclables como el aluminio y determinados plásticos.

– Utilizar acabados con bajo contenido de COV (sustancias orgánicas inestables) para disminuir los gases de escape peligrosos.

– Implementar materiales resistentes a la corrosión que prolonguen la vida útil de los transformadores y reduzcan la demanda de sustitutos regulares.

En conclusión, la elección de los materiales de protección y envolvente de los transformadores es un factor importante en su diseño y funcionamiento. Al elegir los materiales adecuados, los fabricantes pueden mejorar la seguridad, la resistencia y la compatibilidad ecológica de los transformadores, garantizando su funcionamiento eficaz en diferentes condiciones.

Preguntas frecuentes sobre transformadores

1. ¿Cuáles son los componentes principales de los transformadores?

Los componentes principales de los transformadores incluyen el núcleo, los devanados, el aislamiento, los sistemas de enfriamiento y las envolventes protectoras. Estos componentes son esenciales para la transferencia eficiente de energía entre circuitos.

2. ¿De qué materiales están hechos los núcleos de los transformadores?

Los núcleos de los transformadores suelen estar hechos de acero al silicio laminado para minimizar las pérdidas de energía. Otros materiales utilizados para los núcleos de los transformadores incluyen acero amorfo, ferrita y materiales nanocristalinos, cada uno de los cuales ofrece beneficios específicos para la eficiencia del transformador.

3. ¿Qué materiales se utilizan para los devanados de los transformadores?

Los devanados de los transformadores suelen estar hechos de cobre o aluminio debido a su excelente conductividad eléctrica y durabilidad. Se utilizan diferentes técnicas de devanado, como el devanado de capa y el devanado de disco, según la potencia nominal y la aplicación del transformador.

4. ¿Cuáles son los materiales aislantes utilizados en los transformadores?

Los materiales aislantes en los transformadores incluyen aceite para transformadores, aislamientos sólidos como papel y cartón prensado a base de celulosa, materiales aislantes sintéticos como nomex y resina epoxi para fundir componentes de transformadores. Estos materiales garantizan el aislamiento eléctrico y evitan cortocircuitos.

5. ¿Cómo se enfrían los transformadores y qué materiales se utilizan para los sistemas de enfriamiento?

Los transformadores se enfrían mediante sistemas sumergidos en aceite o enfriados por aire. Los sistemas sumergidos en aceite utilizan aceite mineral o ésteres sintéticos para enfriamiento y aislamiento, mientras que los sistemas enfriados por aire dependen de mecanismos de convección y radiación, como aletas de aluminio o cobre y circulación forzada de aceite. Los sistemas se utilizan para una refrigeración eficiente.

6. ¿Qué materiales se utilizan para las envolventes protectoras de los transformadores?

Los gabinetes protectores para transformadores pueden estar hechos de acero, aluminio o acero inoxidable, según la aplicación. Se aplican recubrimientos protectores como epoxi, poliuretano y polvo para mejorar la durabilidad. EPDM garantiza un sellado hermético para evitar la entrada de humedad.