Construción dun transformador

Construción do transformador e compoñentes clave

Un transformador compónse principalmente dun circuito magnético, un circuito eléctrico, un circuito dieléctrico, un depósito e compoñentes auxiliares. Os seus elementos centrais son os devanados primario/secundario e un núcleo de ferro, sendo o núcleo construído con acero silicio para formar unha via magnética continua. Os núcleos dos transformadores adoitan ser laminados para minimizar as perdas por correntes de Foucault.

Circuito magnético

O circuito magnético consiste no núcleo e na armadura, proporcionando unha via para o fluxo magnético. Dispón dun núcleo de acero laminado con dúas bobinas aisladas (primaria e secundaria), ambas aisladas entre si e do núcleo.

• Material do núcleo: Láminas de acero laminado ou acero silicio, escollidas polas súas baixas perdas de histerese a densidades de fluxo estándar.

• Termos estruturais:

• Braños: Seccións verticais onde se enroscan as bobinas.

• Armadura: Seccións horizontais que conectan os braños para completar a via magnética.

Circuito eléctrico

O circuito eléctrico compónse dos devanados primario e secundario, xeralmente feitos de cobre:

• Tipo de conductores:

• Conductores de sección rectangular: Utilizados para os devanados de baixa tensión e os de alta tensión en grandes transformadores.

• Conductores de sección circular: Empregados nos devanados de alta tensión de pequenos transformadores.

Os transformadores clasifícanse segundo a construción do núcleo e a colocación dos devanados en:

Construción de transformadores de tipo núcleo

No deseño de transformadores de tipo núcleo, o núcleo forma-se laminando estructuras de marco rectangular. As laminacións adoitan cortarse en tiras en forma de L, como se ilustra na figura de abaixo. Para minimizar a reluctancia magnética nas xuntas das laminacións, as capas alternas arránzanse nun patrón escalonado, eliminando as liñas de xunta continuas e asegurando unha via magnética lisa.

Os devanados primario e secundario intercalanse para minimizar o fluxo de fuga, con a metade de cada devanado disposto lado a lado ou concéntricamente en cada braño do núcleo. Durante a colocación, insértase aisolamento de baquelita entre o núcleo e o devanado de baixa tensión (BT), entre BT e o devanado de alta tensión (AT), entre as bobinas e a armadura, e entre o braño AT e a armadura, como se representa na figura de abaixo. O devanado de baixa tensión colócase máis preto do núcleo para reducir os requisitos de aisolamento, optimizando a eficiencia dos materiais e a seguridade eléctrica.

Construción de transformadores de tipo carcasa

Nun transformador de tipo carcasa, as laminacións individuais cortanse en tiras lonxas en forma de E e I (como se mostra na figura de abaixo), formando dous circuitos magnéticos cun núcleo de tres braños. O braño central, co dobre da anchura dos braños exteriores, leva o fluxo magnético total, mentres que cada braño exterior conduce a metade do fluxo, optimizando a eficiencia magnética e minimizando o fluxo de fuga.

Deseño e compoñentes de transformadores de tipo carcasa

Estrutura de devanado e núcleo de transformadores de tipo carcasa

O fluxo de fuga en transformadores de tipo carcasa minimízase subdividindo os devanados, reducindo a reactancia. Os devanados primario e secundario situánse no braño central: o devanado de baixa tensión (BT) sitúase adxacente ao núcleo, co devanado de alta tensión (AT) envoltándoo. Para reducir os custos de laminación, os devanados previamente conformados en formas cilíndricas, coas laminacións do núcleo insertadas despois.

Circuito dieléctrico

O circuito dieléctrico compónse de materiais aislantes que separam as partes condutoras. As laminacións do núcleo (de 0,35 a 0,5 mm de espesor para sistemas de 50 Hz) revéntanse con barniz ou unha capa de óxido para minimizar as perdas por correntes de Foucault e asegurar o aislamento eléctrico entre as capas.

Depósitos e accesorios

Conservador

Un depósito cilíndrico montado no teito do depósito principal do transformador, o conservador actúa como un reservorio de aceite aislante. Acomoda a expansión do aceite durante a operación a carga completa, evitando a acumulación de presión á medida que fluctúa a temperatura.

Respirador

Funcionando como o "corazón" do transformador, o respirador regula a entrada de aire durante a expansión/contracción do aceite. O xel de sílice no interior absorbe a humidade do aire entrante, mantendo a calidade do aceite: o xel azul fresco vólvese rosa cando está saturado, sendo capaz o xel seco de bater os puntos de roío do aire por debaixo de -40°C.

Ventilador de explosión

Un tubo delgado de aluminio instalado en ambos os extremos do transformador, o ventilador de explosión alivia a presión interna excesiva causada por aumentos súbitos de temperatura, salvaguardando o transformador de danos.

Radiador

Unidades de radiador extraíbles refrixan o aceite do transformador mediante convección natural: o aceite aquecido asciende ao radiador, enfría e retorna ao depósito a través de válvulas, mantendo un ciclo de refrigeración continuo.

Mangas

Dispositivos aislantes que permiten que os conductores eléctricos pasen a través do depósito, as mangas resisten campos de alta tensión. Os transformadores pequenos empregan mangas de porcelana sólida, mentres que as unidades grandes empregan mangas de condensador recheables de aceite. A entrada de humidade é o modo de falla principal, detectable mediante probas de factor de potencia (por exemplo, a Proba de Factor de Potencia Doble) que monitorizan a degradación do aisolamento.