Tipos de laminación de transformadores: Beneficios y usos.

Las laminaciones de transformadores son un componente fundamental en el diseño de núcleos de transformadores, que se utilizan para mejorar la eficiencia de los transformadores al reducir las pérdidas debidas a las corrientes parásitas. Hoy en día, ¿cuáles son los tipos de laminaciones de transformadores que se utilizan habitualmente en el mercado? Vamos a explorarlos juntos.

Definición de laminaciones de transformadores: los héroes anónimos de la eficiencia

Las láminas de los transformadores son componentes integrales del diseño y el funcionamiento de los transformadores eléctricos . Básicamente, estas láminas son láminas de acero delgadas que se apilan para formar el núcleo del transformador.

Su función principal es canalizar de manera eficiente el flujo magnético generado por la corriente alterna a través del núcleo, garantizando que el transformador funcione con una pérdida mínima de energía. Las laminaciones son fundamentales porque ayudan a reducir las corrientes parásitas que pueden causar pérdidas de potencia significativas y sobrecalentamiento, manteniendo así la eficiencia general del sistema.

El propósito de estas laminaciones va más allá de la simple conducción del flujo magnético; desempeñan un papel fundamental en la optimización del rendimiento de los transformadores eléctricos. Al aislar cada capa de acero con un fino revestimiento aislante, las laminaciones evitan el flujo de corrientes parásitas entre las capas, que de otro modo generarían calor y reducirían la eficiencia del transformador.

Explorando los tipos de laminaciones de transformadores: desde las tradicionales hasta las más vanguardistas

La laminación de transformadores se puede dividir en varios tipos según diferentes criterios de clasificación. Vamos a analizarlos uno por uno.

Material: Acero al silicio y metal amorfo .

Acero al silicio

Se puede dividir en laminaciones de transformadores de acero al silicio de grano orientado y de acero al silicio de grano no orientado.

El acero al silicio de grano orientado es un tipo de acero especializado que se utiliza ampliamente en laminaciones de transformadores debido a sus excepcionales propiedades magnéticas. Este acero se fabrica mediante un proceso que implica la alineación de los granos cristalinos del acero en una dirección específica. Esta orientación mejora la permeabilidad magnética del acero, lo que le permite canalizar de manera eficiente el flujo magnético con una pérdida mínima de energía.

El acero al silicio de grano no orientado es otro tipo de acero al silicio utilizado en laminaciones de transformadores, caracterizado por su orientación aleatoria de grano. A diferencia del tipo de grano orientado, que tiene una alineación de grano específica, el tipo de grano no orientado presenta una distribución más uniforme de granos, lo que le otorga diferentes propiedades magnéticas. El NGOSS se emplea a menudo en transformadores donde la rentabilidad es una preocupación principal, ya que generalmente es menos costoso de producir en comparación con el GOSS. A pesar de su menor costo, el NGOSS aún ofrece un rendimiento satisfactorio en una variedad de aplicaciones de transformadores. Las características del NGOSS lo hacen adecuado para varias aplicaciones, particularmente donde las limitaciones presupuestarias son un factor significativo.

Aleaciones metálicas amorfas

Las aleaciones de metales amorfos representan un avance significativo en la tecnología de laminación de transformadores, ya que ofrecen propiedades únicas que contribuyen a mejorar la eficiencia energética. A diferencia de los metales cristalinos tradicionales, las aleaciones amorfas carecen de una estructura atómica regular, lo que les permite exhibir propiedades magnéticas distintivas.

Esta estructura no cristalina produce pérdidas en el núcleo excepcionalmente bajas, lo que hace que las aleaciones metálicas amorfas sean muy eficaces para reducir el desperdicio de energía en los transformadores. Las ventajas de las aleaciones metálicas amorfas en la tecnología de los transformadores son considerables.

Su capacidad para reducir las pérdidas de energía y su buen rendimiento en aplicaciones de alta frecuencia ponen de relieve su potencial para mejorar la eficiencia de los transformadores. A medida que las técnicas de producción mejoren y los costes disminuyan, el uso de aleaciones amorfas puede generalizarse, lo que contribuirá a nuevos avances en la tecnología de transformadores energéticamente eficientes.

Forma: EI, UI, tipo C y  formas toroidales

Laminaciones para transformadores EI 

Forma: Compuesto por piezas en forma de ‘E’ e ‘I’ que encajan entre sí para formar un núcleo rectangular.

Uso: Se utiliza comúnmente en aplicaciones de baja frecuencia, como transformadores de potencia e inductores.

Ventajas: Fácil de fabricar y montar, rentable y adecuado para una amplia gama de tamaños de transformadores.

Laminaciones para transformadores UI 

Forma: Compuesto por piezas en forma de ‘U’ y ‘I’.

Uso: A menudo se utiliza en aplicaciones similares a las laminaciones EI, pero puede ser más eficiente en ciertos diseños.

Ventajas: Proporciona un bobinado más fácil de las bobinas debido a la estructura abierta de las piezas en forma de ‘U’.

Laminaciones de transformadores de núcleo C 

Forma: Tiene forma de ‘C’, lo que permite abrir el núcleo para facilitar el montaje de la bobina.

Uso: Se utiliza en aplicaciones donde se requiere alta eficiencia y baja fuga magnética.

Ventajas: Reduce el espacio entre las piezas del núcleo, minimizando la fuga magnética y mejorando la eficiencia.

Laminaciones de transformadores de núcleo toroidal  

Forma: En forma de anillo, sin corte, elaborado a partir de una tira continua de acero enrollada en círculos concéntricos.

Uso: Común en aplicaciones que requieren bajo nivel de ruido y baja interferencia magnética, como en transformadores de audio y aplicaciones de alta frecuencia.

Ventajas: Altamente eficiente con muy baja interferencia electromagnética y mínima fuga magnética.

Técnicas de fabricación  de  laminaciones para transformadores

La fabricación de laminaciones para transformadores es un proceso crítico que afecta directamente la eficiencia, el rendimiento y la longevidad de los transformadores. Estas laminaciones están diseñadas para minimizar las pérdidas por corrientes parásitas al aumentar la resistencia eléctrica a lo largo de las rutas que siguen estas corrientes. A continuación, se presenta una descripción general de las técnicas de fabricación clave que se utilizan en la producción de laminaciones para transformadores:

1. Selección de materiales

Acero al silicio: es el más utilizado debido a su alta resistividad eléctrica y permeabilidad magnética. Las láminas de acero al silicio se tratan para mejorar sus propiedades magnéticas.

Metal amorfo: utilizado para transformadores de mayor eficiencia, este material tiene menor conductividad eléctrica, lo que reduce significativamente las pérdidas por corrientes parásitas.

2. Preparación de la hoja

Laminación en frío: El acero se lamina en frío hasta obtener el espesor deseado, lo que mejora las propiedades magnéticas al alinear la estructura del grano del acero en una dirección.

Recocido: Después del laminado, las láminas de acero se recocen para aliviar las tensiones internas y mejorar aún más las propiedades magnéticas.

3. Corte y estampación

Estampado: Las láminas de acero se estampan mediante troqueles de alta precisión. El estampado se puede realizar en un solo paso para formas más simples o en varias etapas para diseños más complejos.

Corte por láser: para prototipos o producciones de bajo volumen, se puede utilizar el corte por láser para producir laminaciones. Este método permite una alta precisión y flexibilidad en las formas sin necesidad de troqueles personalizados.

4. Recubrimiento de laminación

Recubrimiento aislante: después del corte, se aplica un recubrimiento aislante a cada lámina. Este recubrimiento es crucial, ya que aísla eléctricamente cada lámina de las láminas vecinas, lo que reduce las pérdidas por corrientes parásitas.

Curado: El recubrimiento se cura mediante un proceso de tratamiento térmico, que también sirve para mejorar las propiedades mecánicas de las laminaciones.

5. Apilamiento y montaje

Apilado manual: en el caso de los transformadores o prototipos más pequeños, las láminas suelen apilarse manualmente. Este método requiere una manipulación cuidadosa para garantizar la alineación y minimizar los espacios.

Apilado automático: para volúmenes de producción mayores, se utilizan máquinas apiladoras automáticas. Estas máquinas pueden incluir funciones como alineación óptica y prensado mecánico para garantizar pilas ajustadas y precisas.

Soldadura o unión: en algunos diseños, especialmente en los núcleos toroidales, las laminaciones pueden unirse o soldarse para aumentar la integridad estructural y reducir aún más las corrientes de Foucault.

6. Control de calidad

Inspección dimensional: garantiza que cada laminación y pila cumpla con las dimensiones y tolerancias especificadas.

Comprobación de la integridad del revestimiento: verifica la uniformidad y las propiedades de aislamiento del revestimiento en cada laminación.

Pruebas magnéticas: evalúa las propiedades magnéticas de las laminaciones para garantizar que cumplan con las especificaciones requeridas.

7. Embalaje y envío

Protección: Las laminaciones se empaquetan de manera que estén protegidas de daños mecánicos y corrosión durante el transporte.

Etiquetado: El etiquetado adecuado es esencial para garantizar que se utilicen las laminaciones correctas en los transformadores apropiados.

Conclusión

Cada tipo ofrece ventajas distintas en términos de facilidad de montaje, eficiencia y eficacia a la hora de reducir las pérdidas debidas a las corrientes parásitas. Además, también tienen aplicaciones específicas en las que son mejores. La selección y el diseño adecuados de las laminaciones de los transformadores son cruciales para optimizar el rendimiento y la longevidad de los transformadores. Puede elegir el tipo de laminación de transformador deseado en función de factores como la aplicación prevista, la eficiencia requerida, los costes de fabricación y las limitaciones de tamaño físico.