Construcció d'un transformador

Construcció del transformador i components clau

Un transformador es compón principalment d'un circuit magnètic, un circuit elèctric, un circuit dielèctric, una cisterna i components auxiliars. Els seus elements bàsics són els voltants primari/secundari i un nucli d'acer, amb el nucli construït a partir d'acer de silici per formar una via magnètica contínua. Els nuclis dels transformadors solen estar laminats per minimitzar les pèrdues per corrents de Foucault.

Circuit magnètic

El circuit magnètic consta del nucli i la jugular, proporcionant una via per al flux magnètic. Presenta un nucli d'acer laminat amb dos voltants aïllats (primari i secundari), tots dos aïllats entre si i del nucli.

• Material del nucli: Laminat d'acer o fulls d'acer de silici, triat per les seves baixes pèrdues histerèses a densitats de flux estàndard.

• Termes estructurals:

• Braços: Seccions verticals on es van enrolar els voltants.

• Jugular: Seccions horitzontals que connecten els braços per completar la via magnètica.

Circuit elèctric

El circuit elèctric consta dels voltants primari i secundari, típicament fets de cobre:

• Tips de conductors:

• Conductors de secció rectangular: Utilitzats en voltants de baixa tensió i alt voltatge en grans transformadors.

• Conductors de secció circular: Emprats en voltants d'alt voltatge de petits transformadors.

Els transformadors es classifiquen segons la construcció del nucli i la posició dels voltants en:

Construcció de transformadors de tipus nucli

En el disseny de transformadors de tipus nucli, el nucli es forma laminant estructures de marc rectangular. Les laminacions solen tallar-se en trossos en forma de L, com es mostra en la figura inferior. Per minimitzar la reluctància magnètica a les juntes de laminació, les capes alternades s'ordenen en un patró desplaçat, eliminant les línies de junta contínues i assegurant una via magnètica suau.

Els voltants primari i secundari s'intercalen per minimitzar el flux de fuga, amb la meitat de cada voltant disposada lateralment o concèntricament en cada braç del nucli. Durant la col·locació, s'insereix aïlla de baxet entre el nucli i el voltant de baixa tensió (BT), entre BT i alt voltatge (AV), entre les bobines i la jugular, i entre el braç d'AV i la jugular, com es mostra en la figura inferior. El voltant de BT es posiciona més a prop del nucli per reduir els requisits d'aïllament, optimitzant tant l'eficiència del material com la seguretat elèctrica.

Construcció de transformadors de tipus carcassa

En un transformador de tipus carcassa, les laminacions individuals es tallen en llargues taules en forma de E i I (com es mostra en la figura inferior), formant dos circuits magnètics amb un nucli de tres braços. El braç central, amb el doble d'amplada que els braços externs, porta el flux magnètic total, mentre que cada braç extern condueix la meitat del flux, optimitzant l'eficiència magnètica i minimitzant el flux de fuga.

Disseny de transformadors de tipus carcassa i components del transformador

Estructura del voltant i del nucli dels transformadors de tipus carcassa

El flux de fuga en els transformadors de tipus carcassa es minimitza subdividint els voltants, reduint la reactància. Els voltants primari i secundari es troben junts en el braç central: el voltant de BT està a prop del nucli, amb el voltant d'AV envoltant-lo. Per reduir els costos de laminació, els voltants es preformen en formes cilíndriques, amb les laminacions del nucli inserides després.

Circuit dielèctric

El circuit dielèctric inclou materials aïllants que separan les parts conductores. Les laminacions del nucli (de 0,35–0,5 mm d'espessor per a sistemes de 50 Hz) es recullen amb barniz o una capa d'òxid per minimitzar les pèrdues per corrents de Foucault i assegurar l'aïllament elèctric entre les capes.

Cisternes i accessoris

Conservador

Una cisterna cilíndrica muntada sobre el teulat de la cisterna principal del transformador, el conservador actua com a reservori d'oli aïllant. Acomoda l'expansió de l'oli durant l'operació a ple càrrec, prevenint la creació de pressió quan la temperatura fluctua.

Respirador

Funcionant com el "cor" del transformador, el respirador regula l'entrada d'aire durant l'expansió/contractació de l'oli. El gel de sílica dins absorbeix l'humitat de l'aire entrant, preservant la qualitat de l'oli: el gel blau fresc es torna rosa quan satura, amb el gel sec capaç de reduir els punts de rossol de l'aire a menys de -40°C.

Vent de explosió

Un tub fin d'alumini instal·lat a ambdós extrems del transformador, el vent de explosió allibera la pressió interna excessiva causada per augmentos bruts de temperatura, protegint el transformador de danys.

Radiador

Unitats de radiador desconnectables refreden l'oli del transformador mitjançant convecció natural: l'oli calent ascendeix al radiador, es refreda i retorna a la cisterna a través de vàniques, mantenint un cicle de refredament continu.

Empalmes

Dispositius aïllants que permeten que els conductors elèctrics passin a través de la cisterna, els empalmes suporten camps de voltatge alt. Els petits transformadors utilitzen empalmes de porcellana sòlida, mentre que les unitats grans empraren empalmes de tipus condensador omplerts d'oli. La ingressió d'humitat és el mode de fallada principal, detectable mitjançant proves de factor de potència (p. ex., Prova de Factor de Potència Doble) que monitoritzen la degradació de l'aïllament.