Selecció de transformadors de distribució eficients energèticament

Definició de les pèrdues del transformador

Les pèrdues dels transformadors es poden classificar principalment en dos tipus: pèrdues sense càrrega i pèrdues amb càrrega. Aquestes pèrdues són omnipresents en tots els tipus de transformadors, independentment dels seus escenaris d'aplicació o de les seves potències.

No obstant això, hi ha dos tipus addicionals de pèrdues: les pèrdues addicionals induïdes per harmonics, i les pèrdues especialment rellevants per als transformadors més grans - pèrdues de refrigeració o auxiliars, que resulten de l'ús d'equips de refrigeració com ventiladors i bombes.

Pèrdues sense càrrega

Aquestes pèrdues ocorren al nucli del transformador sempre que aquest estigui energitzat (fins i tot quan el circuit secundari està obert). També conegudes com a pèrdues ferromagnètiques o pèrdues del nucli, romanen constants.
Les pèrdues sense càrrega consisteixen en:

Pèrdues per histèresi

Aquestes pèrdues són causades pel moviment fricció dels dominis magnètics dins de les laminacions del nucli, mentre aquests són magnetitzats i desmagnetitzats pel camp magnètic alternant. Depenen del tipus de material utilitzat per al nucli.

Les pèrdues per histèresi solen representar més de la meitat de les pèrdues totals sense càrrega (aproximadament el 50% al 70%). En el passat, aquesta proporció era menor (gràcies a una contribució més elevada de les pèrdues per corrents de Foucault, especialment en fulls relativament gruixuts que no havien estat tractats amb llaser).

Pèrdues per corrents de Foucault

Aquestes pèrdues són induïdes pels camps magnètics variables que generen corrents de Foucault dins de les laminacions del nucli, produint calor.
Aquestes pèrdues es poden mitigar construint el nucli amb fulls fins i laminats aïllats entre si per una capa fina de barniz per reduir els corrents de Foucault. Actualment, les pèrdues per corrents de Foucault solen representar el 30% al 50% de les pèrdues totals sense càrrega. Quan s'avaluen els esforços per millorar l'eficiència dels transformadors de distribució, el progrés més significatiu s'ha assolit en la reducció d'aquestes pèrdues.
També hi ha pèrdues estranyes i dielèctriques menors en el nucli del transformador, que solen representar no més del 1% de les pèrdues totals sense càrrega.

Pèrdues amb càrrega

Aquestes pèrdues són conegudes com a pèrdues de cobre o pèrdues de curt-circuit. Les pèrdues amb càrrega fluctuen segons les condicions de càrrega del transformador.
Les pèrdues amb càrrega consisteixen en:

Pèrdues tèrmiques ohmiques

Algunes vegades anomenades pèrdues de cobre, ja que són el component resistiu dominant de les pèrdues amb càrrega. Aquestes pèrdues ocorren en els voltants del transformador i són degudes a la resistència del conductor.
La magnitud d'aquestes pèrdues augmenta en proporció al quadrat de la corrent de càrrega i també és proporcional a la resistència del voltant. Es pot reduir augmentant la secció transversal del conductor o acurtant la longitud del voltant. L'ús de cobre com a conductor ajuda a equilibrar el pes, la mida, el cost i la resistència; augmentar el diàmetre del conductor dins dels límits d'altres restriccions de disseny pot reduir encara més les pèrdues.

Pèrdues per corrents de Foucault en el conductor

Els corrents de Foucault, resultants dels camps magnètics de la corrent alternant, també ocorren en els voltants. Reduir la secció transversal del conductor pot disminuir els corrents de Foucault, per tant, es fan servir conductors trenzats per aconseguir la resistència baixa necessària mentre es controlen les pèrdues per corrents de Foucault.

Això es pot evitar fent servir un conductor transposat contínuament (CTC). En un CTC, les branques es transposen sovint per a igualar les diferències de flux i equilibrar la tensió.