Diseño de transformadores de potencia
Un transformador es una máquina eléctrica que convierte la corriente alterna de un voltaje en corriente alterna de otro voltaje.
Los principales elementos estructurales de los transformadores de potencia: cuerpo, núcleo, devanados, dispositivo de refrigeración, casquillos y dispositivos de protección (expansor, tubo de escape y relé de gas).
Los devanados del transformador están dispuestos de manera que el flujo magnético creado por el devanado primario penetre la mayor parte de los devanados secundarios. Este requisito está garantizado por la construcción del núcleo de acero, que es un circuito magnético cerrado. Según la disposición mutua de los devanados y el sistema magnético, existen dos tipos principales de transformadores: de varilla y de armadura.
En un transformador de varillas, los devanados están ubicados en las varillas centrales, que están conectadas por yugos que cierran el circuito magnético. El tipo de varilla se utiliza para fuentes de alimentación y una serie de transformadores especiales. Un transformador blindado utiliza un circuito magnético ramificado que cubre el devanado, como si lo "blindara".La estructura de núcleo similar a una armadura se usa particularmente para pequeños transformadores monofásicos.
Transformador trifásico de varilla:
El circuito magnético del transformador, llamado núcleo, se ensambla a partir de láminas de acero aleado. Para no cerrar las hojas, se recubren previamente con una fina capa de barniz o se pegan con papel.
El núcleo consta de varillas que llevan bobinas y un yugo que cierra el circuito magnético. La sección transversal del núcleo debe ser lo más parecida posible a la forma de las bobinas.
En bobinados rectangulares, la sección transversal del núcleo se hace rectangular. Con redondo: el núcleo tiene una sección de varios niveles. Si el núcleo tiene una sección transversal grande, se hacen canales de aire longitudinales para eliminar el calor, dividiendo el núcleo en paquetes separados.
Las hojas se unen con alfileres o remaches. Las láminas individuales no deben conectarse entre sí, ya que pueden producirse corrientes de Foucault en el plano de contacto. Para evitar que las láminas se cierren a través de los pasadores y remaches, sobre ellas se colocan tubos aislantes. Las tuercas y las cabezas de los remaches están aisladas de las placas de la prensa del núcleo con arandelas eléctricas de cartón.
En los transformadores se utilizan dos tipos de devanados: disco y cilíndrico.
Con un diseño de devanado en forma de disco, los devanados primario y secundario se dividen en una serie de devanados planos en forma de disco que se alternan en serie en el núcleo del transformador.
En un devanado cilíndrico, los devanados primario y secundario están dispuestos concéntricamente entre sí. El devanado de baja tensión suele colocarse más cerca del núcleo, ya que es más fácil aislarlo del acero.
Al hacer devanados, se debe hacer una distinción entre el aislamiento de los cables individuales, el aislamiento entre capas y devanados, el aislamiento entre los devanados primario y secundario (secundario) y el aislamiento de los devanados con respecto al núcleo.
Los devanados del transformador están hechos de alambre de cobre cubierto con aislamiento. Para aislar los cables de bobinado, se utiliza papel, a veces hilo de seda de algodón, lámina de barniz (esmalte) o varias capas de aislamiento, por ejemplo, una capa de barniz y una capa de hilo de seda, una capa de papel y una capa de hilo de algodón. , etc.
Los separadores de papel se utilizan como aislamiento entre las capas. Los devanados se aíslan con arandelas o empaques eléctricos de cartón envueltos con cinta, papel o tela empapada en aceite.
Los extremos de los devanados del transformador se sacan con la ayuda de casquillos que los aíslan del cuerpo puesto a tierra (tanque).
Dispositivo transformador:
Hay dos formas básicas de conectar los devanados de un transformador trifásico: conexión en triángulo y conexión en estrella. Cuando los devanados están conectados en triángulo, el voltaje de fase es igual al voltaje de línea y la corriente de fase es 1,73 veces menor que la corriente de línea. Cuando los devanados están conectados en estrella, el voltaje de fase es 1,73 veces menor que el voltaje de línea y la corriente de fase es igual a la línea.
El método de conexión de los devanados en un transformador trifásico es de gran importancia, ya que de él depende el ángulo de fase de la tensión secundaria en relación con el primario. El cambio de fase entre el voltaje de devanado primario y secundario también depende de la dirección de devanado de las bobinas. Para más detalles ver aquí: Esquemas y grupos para conectar devanados de transformadores de potencia.
Donde se diseñan los transformadores para trabajo paralelo conjunto, es necesario que los potenciales instantáneos de las fases de estos transformadores sean los mismos. Los transformadores que tienen el mismo cambio de fase entre los voltajes de línea de los devanados de alto y bajo voltaje se asignan al mismo grupo de conexiones de devanados, a los que se les asigna un número de acuerdo con la designación de la hora.
Para aislar el devanado del núcleo y para aislar el devanado de alto voltaje del devanado de bajo voltaje, se utilizan cilindros duros prensados de papel horneado o cilindros hechos de cartón eléctrico, los llamados cilindros blandos.
En la construcción de transformadores, se usa ampliamente un aceite mineral especial (petróleo), que se llama transformador… Los tanques se llenan con aceite de transformador y se sumerge en ellos un núcleo con devanados. Este diseño se adopta para transformadores de potencia de alta potencia, para transformadores rectificadores de alta potencia, para transformadores de impulsos de alta potencia.
El aceite de transformador, al que se le ha quitado la humedad y las impurezas, es decir, secado y purificado, es un buen aislante entre los devanados y la caja metálica. Además, el aceite de transformador, que tiene una conductividad térmica más alta que el aire, conduce bien el calor desde las partes activas del transformador hasta las superficies externas del tanque.
A medida que aumenta la potencia del transformador, las pérdidas crecen más rápido que sus dimensiones geométricas, lo que lleva a la necesidad de aumentar su superficie de enfriamiento. Vea los detalles aquí: Sistemas de refrigeración para transformadores de potencia
En la práctica, se utilizan dispositivos que convierten voltaje alterno, en los que los devanados primario y secundario están conectados eléctricamente. Estos dispositivos se denominan autotransformadores.
Un autotransformador se diferencia de un transformador convencional en que sus devanados primario y secundario están conectados no solo inductivamente (como en un transformador convencional), sino también eléctricamente.
Ver también: Características de rendimiento de los transformadores de potencia.