Disseny de transformadors per a l'ús en mineria de carbó

La mineria de carbó és una font crucial d'energia a la Xina, i els requisits per als transformadors utilitzats en les mines són excepcionalment alts. Aquests transformadors no només han de proporcionar l'energia essencial per a les operacions mineres, sinó que també han de garantir que el seu funcionament no comprometgi la seguretat de la mina. Considerant les demandes actuals de producció de carbó a la Xina, es fan servir típicament transformadors de tipus sec amb resina epoxi com a component central, amb modificacions adequades en el disseny estructural extern.

Disseny intern del transformador

L'envolvent dels transformadors utilitzats en les mines ha de ser antiexplosiu. El disseny estructural d'aquests transformadors es basa en càlculs electromagnètics, centrant-se en la reducció de pèrdues, l'augment de la resistència a l'isolació i el control de l'increment de temperatura. Degut a les restriccions de l'entorn subterrani, els transformadors han de ser compactes i fàcils de transportar i instal·lar. Això es pot aconseguir optimitzant el disseny del nucli i les bobines de tensions alta i baixa.

Selecció del nucli

El nucli hauria de fer-se de fulls de silici laminat a fred amb alta permeabilitat magnètica. La superfície del nucli es recobreix amb resina epoxi i es cura per millorar la resistència a l'humitat i la corrosió. Tota l'assemblatge del nucli es prenxa amb plaques i cintes d'acer de baixa permeabilitat magnètica per reduir el soroll. A més de reduir el soroll, el disseny també ha de abordar l'increment de temperatura i el consum d'energia. El nucli s'ha de dissenyar amb una densitat de flux magnètic baixa per evitar la zona d'expansió d'histeresis, reduint així les pèrdues d'energia en buit.

Disseny de les bobines de tensions alta i baixa

La bobina de tensió alta adopta una estructura cilíndrica, reforçada amb fibra de vidre entre capes, i encapsulada en resina epoxi per formar un conjunt sòlid i robust. La bobina s'ha de col·locar en seccions per reduir la intensitat del camp elèctric intern. Es proporcionen conductes de ventilació longitudinal a cada costat de la bobina per augmentar la dissipació de calor. La bobina de tensió baixa es fa de full de cobre i també s'encapsula amb resina epoxi.

Disseny de l'envolvent del transformador

L'envolvent del transformador ha de resistir les pressions internes d'explosió i prevenir la llavorada de gasos explosius que podrien desencadenar explosions o incendis a l'escala de la mina. El material de l'envolvent ha de tenir una força mecànica excepcional i bones propietats de dissipació de calor.

Consideracions clau en el disseny

• El material de resina epoxi ha de controlar-se estrictament, utilitzant típicament aïllament de classe H. S'han d'incloure additius com promotores i agents de cura per ajustar el coeficient de dilatació tèrmica de la resina amb el del fil de cobre, millorant la conductivitat tèrmica, la força mecànica i el rendiment elèctric.

• Les bobines s'han de col·locar en un entorn de vacuï i a altes temperatures per assegurar que no quedi humitat durant el procés de col·locació.

• Els dispositius de refrigeració, típicament conductes de ventilació, s'han d'integrar a prop del nucli i les bobines durant el disseny. En condicions extrems, es poden utilitzar mètodes de refrigeració per oli o aigua per millorar la dissipació de calor interna.

• L'envolvent antiexplosiva també s'ha de dissenyar tenint en compte la dissipació de calor. Es pot utilitzar un disseny ondulat per augmentar l'àrea superficial, permetent una dissipació més ràpida de la calor interna.