Pèrdues del transformador | Pèrdues de cobre vs pèrdues de ferro i consells per a la seva reducció

Els transformadors experimenten diversos tipus de pèrdues durant la seva operació, principalment classificades en dos tipus principals: pèrdues de cobre i pèrdues de ferro.

Pèrdues de Cobre

Les pèrdues de cobre, també conegudes com a pèrdues I²R, són causades per la resistència elèctrica dels enrolaments del transformador, típicament fets de cobre. Quan la corrent flueix a través dels enrolaments, l'energia es dissipa en forma de calor. Aquestes pèrdues són proporcionals al quadrat de la corrent de càrrega (I²R), el que significa que augmenten significativament amb nivells més alts de corrent.

Per minimitzar les pèrdues de cobre:

• Utilitzeu conductors més gruosos o materials amb una major conductivitat elèctrica per reduir la resistència dels enrolaments.

• Operau el transformador a la seva càrrega òptima o propera a aquesta per evitar corrents excessives.

• Milloreu l'eficiència operativa general minimitzant la càrrega innecessària i optimitzant el disseny del sistema.

Pèrdues de Ferro

Les pèrdues de ferro, o pèrdues de nucli, ocorren al nucli magnètic del transformador degut a la flux magnètic alternant. Aquestes pèrdues són independents de la càrrega i romanen relativament constants en condicions normals d'operació. Les pèrdues de ferro consten de dos components:

• Pèrdues per histeresis: Aquestes resulten de la magnetització i desmagnetització repetitives del material del nucli sota corrent alternant. L'energia es perd en forma de calor degut a la fricció interna dels dominis magnètics. Utilitzar materials de nucli amb un bucle d'histeresis estret, com l'acer de silici orientat, pot reduir significativament aquesta pèrdua.

• Pèrdues per corrents induïdes: Els camps magnètics alternants indueixen corrents circulants (corrents induïdes) dins del nucli, provocant escalfament per resistència. Aquestes pèrdues es minimitzen construint el nucli a partir de laminacions fines i aïllades orientades paral·lelament al flux magnètic, el que restringeix la trajectòria de les corrents induïdes. Els dissenys avançats de nucli i els materials de gran resistivitat també ajuden a reduir les pèrdues per corrents induïdes.

Estratègies per Reduir les Pèrdues dels Transformadors

Reduir les pèrdues dels transformadors millora l'eficiència, baixa els costos d'operació i allarga la vida útil de l'equipament. Les mesures clau inclouen:

• Seleccionar Transformadors d'Alta Eficiència: Els transformadors moderns d'alta eficiència utilitzen materials avançats i dissenys optimitzats per minimitzar tant les pèrdues de cobre com les de ferro.

• Optimitzar el Disseny: La selecció cuidada dels materials del nucli, les configuracions dels enrolaments i els sistemes de refrigeració poden reduir significativament les pèrdues totals.

• Realitzar Manteniment Regular: Inspeccions i manteniments rutinaris, com netejar els enrolaments, comprovar els sistemes de refrigeració i mantenir la qualitat de l'oli en els transformadors d'oli, asseguren una operació eficient contínua.

• Evitar la Sobrecàrrega: La càrrega excessiva augmenta les pèrdues de cobre i l'estress tèrmic, accelerant la degradació de l'aïllament i reduint la fiabilitat.

• Ajustar la Capacitat a la Càrrega: Dimensionar correctament el transformador segons la demanda real de càrrega evita les ineficiències en càrrega lleugera i redueix les pèrdues sense càrrega.

En conclusió, minimitzar les pèrdues dels transformadors és essencial per a la conservació d'energia i l'operació fiable del sistema elèctric. Per tant, la reducció de pèrdues ha de ser una consideració clau en la selecció, disseny i operació contínua dels transformadors.