Diferencias en los materiales del núcleo entre los transformadores de distribución de aleación amorfa sumergidos en aceite y los transformadores de distribución convencionales de acero al silicio

1. Estructura interna y forma física

Transformador de aleación amorfa: El material del núcleo es una cinta magnética amorfa extremadamente delgada. Los átomos dentro de este material están dispuestos en una estructura no cristalina desordenada (también conocida como vidrio metálico). Debido a que el material es extremadamente delgado y frágil, es difícil de cizallar y, por lo tanto, generalmente se forma en una estructura de núcleo enrollado.

Transformador convencional de acero al silicio: El núcleo generalmente se ensambla a partir de láminas de acero al silicio apiladas con un alto contenido de silicio. La superficie de cada lámina está recubierta con barniz aislante. Este es un material de estructura cristalina.

2. Rendimiento electromagnético y pérdidas

Transformador de aleación amorfa: Dado que la estructura amorfa no tiene anisotropía magnetocristalina ni límites de grano, ofrece una alta permeabilidad magnética y una baja coercitividad. Además, la resistividad eléctrica de la aleación amorfa es de 2 a 3 veces la del acero al silicio, lo que reduce eficazmente las pérdidas por corrientes parásitas. Como resultado, las pérdidas en vacío son significativamente más bajas que las de los transformadores convencionales de acero al silicio.

Transformador de distribución de energía de aleación amorfa sumergido en aceite

Transformador convencional de acero al silicio: Aunque las láminas de acero al silicio también ofrecen un buen rendimiento magnético, sus pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas a la misma densidad de flujo de trabajo siguen siendo sustancialmente más altas que las del material de aleación amorfa.

3. Factor de apilamiento del núcleo, peso y dimensiones

Transformador de aleación amorfa: Debido a las características del material y a las limitaciones del proceso de bobinado, el factor de apilamiento del núcleo es menor. Para la misma capacidad nominal, el peso y las dimensiones de un transformador de aleación amorfa suelen ser mayores que los de un transformador convencional de acero al silicio.

Transformador convencional de acero al silicio: El factor de apilamiento de laminación de las láminas de acero al silicio es mayor, lo que permite una estructura general más compacta y un peso más ligero.

4. Características de funcionamiento y resistencia mecánica

Transformador de aleación amorfa: La aleación amorfa exhibe una mayor magnetostricción, lo que significa una mayor deformación bajo campos electromagnéticos alternos. Como resultado, el ruido de funcionamiento suele ser mayor que el de los transformadores de acero al silicio. Además, la cinta amorfa es altamente sensible a la tensión y relativamente frágil, lo que le confiere una capacidad de resistencia a cortocircuitos ligeramente menor. Si se daña, generalmente no es posible repararla en el sitio y la unidad debe devolverse a la fábrica.

Transformador convencional de acero al silicio: Las láminas de acero al silicio ofrecen una alta resistencia mecánica y una fuerte capacidad de resistencia a cortocircuitos. La vibración y el ruido durante el funcionamiento son relativamente bajos, y el mantenimiento posterior es más conveniente.

5. Estabilidad térmica y capacidad de sobrecarga

Transformador de aleación amorfa: El material de aleación amorfa es sensible a la temperatura. Cuando la temperatura de funcionamiento supera su temperatura de cristalización, la estructura amorfa se destruye, lo que provoca una grave degradación de las propiedades magnéticas. En consecuencia, su capacidad de sobrecarga a largo plazo es inferior a la de los transformadores de acero al silicio, y el diseño generalmente requiere una densidad de flujo de trabajo reducida.

Transformador convencional de acero al silicio: Las láminas de acero al silicio tienen una estructura cristalina con una temperatura de Curie y una temperatura de cristalización más altas, lo que ofrece una excelente estabilidad térmica. Pueden soportar sobrecargas significativas a corto plazo y funcionamiento a alta carga a largo plazo.

6. Estructura del bobinado y mecanismo de resistencia al cortocircuito

Transformador de aleación amorfa: Dado que la cinta amorfa es extremadamente delgada y frágil, no se puede apilar como las láminas de acero al silicio y debe utilizar una estructura de núcleo enrollado rectangular. Esto requiere que tanto los devanados de alta como de baja tensión se formen como bobinas rectangulares. En condiciones de cortocircuito, las fuerzas electromagnéticas radiales sobre los devanados rectangulares tienden a causar deformación, lo que resulta en una menor resistencia al cortocircuito. Además, para evitar daños por tensión en el núcleo, el núcleo amorfo suele estar suspendido, lo que reduce aún más la resistencia mecánica general.

Transformador convencional de acero al silicio: Utiliza devanados circulares convencionales y una estructura de núcleo laminado. El núcleo y los devanados se apoyan mutuamente, proporcionando una alta resistencia mecánica general y una excelente capacidad de soportar cortocircuitos.

7. Costo y beneficios económicos

Transformador de aleación amorfa: Dado que la fabricación y el procesamiento de la cinta de aleación amorfa son más complejos, el costo inicial de adquisición suele ser mayor que el de los transformadores convencionales de acero al silicio. Sin embargo, las pérdidas en vacío ultrabajas significan que la inversión inicial adicional generalmente se recupera en unos pocos años de operación, después de lo cual se acumulan ahorros significativos en el costo de la electricidad.

Transformador convencional de acero al silicio: El costo inicial de fabricación es menor, pero debido a las pérdidas de operación relativamente más altas, el costo total a largo plazo del consumo de electricidad es mayor.

Transformador de potencia sellado sumergido en aceite

8. Beneficios ambientales y ciclo de vida

Transformador de aleación amorfa: Más allá del ahorro de energía durante la operación, el proceso de producción de la cinta de aleación amorfa se simplifica sustancialmente, con un consumo de energía de fabricación de solo el 20% al 25% del requerido para la producción de láminas de acero al silicio. Además, las pérdidas de operación extremadamente bajas y el menor aumento de temperatura ralentizan significativamente la tasa de envejecimiento del aceite aislante, reduciendo las emisiones de gases nocivos y aportando un alto valor ambiental.

Transformador convencional de acero al silicio: La producción de láminas de acero al silicio es un proceso de alto consumo energético, y las mayores pérdidas de operación y el aumento de temperatura aceleran el envejecimiento del aceite aislante.

Resumen

La ventaja principal del transformador de aleación amorfa radica en sus pérdidas en vacío ultrabajas, lo que lo convierte en la opción ideal para operaciones continuas de larga duración y aplicaciones sensibles al consumo de energía. Sin embargo, tiene limitaciones que incluyen un costo inicial más alto, dimensiones más grandes, mayor ruido y menor resistencia a los impactos. El transformador convencional de acero al silicio, aunque tiene pérdidas en vacío más altas, sigue siendo el líder del mercado debido a su menor costo, alta resistencia mecánica y tamaño compacto. La selección real debe considerar el factor de carga, el entorno de operación y el presupuesto para encontrar el equilibrio óptimo entre la inversión inicial y la eficiencia energética del ciclo de vida.

Editado por: Leon