Disseny del transformador de potència
Un transformador és una màquina elèctrica que converteix el corrent altern d'una tensió en corrent altern d'una altra tensió.
Els principals elements estructurals dels transformadors de potència: cos, nucli, bobinatges, dispositiu de refrigeració, casquilles i dispositius de protecció (expansor, tub d'escapament i relé de gas).
Els bobinatges del transformador estan disposats de manera que el flux magnètic creat pel bobinat primari penetri en la majoria dels bobinatges secundaris. Aquest requisit està garantit per la construcció del nucli d'acer, que és un circuit magnètic tancat. Depenent de la disposició mútua dels bobinatges i del sistema magnètic, hi ha dos tipus principals de transformadors: vareta i induït.
En un transformador de varetes, els bobinatges es troben a les barres del nucli, que estan connectades per jous que tanquen el circuit magnètic. El tipus de vareta s'utilitza per a fonts d'alimentació i una sèrie de transformadors especials. Un transformador blindat utilitza un circuit magnètic ramificat que cobreix el bobinatge, com si el "blintés".L'estructura central semblant a una armadura s'utilitza especialment per a petits transformadors monofàsics.
Transformador de vareta trifàsica:
El circuit magnètic del transformador, anomenat nucli, està muntat a partir de làmines d'acer aliat. Per no tancar les làmines, es recobreix prèviament amb una fina capa de vernís o s'enganxen amb paper.
El nucli està format per varetes que porten bobines i un jou que tanca el circuit magnètic. La secció transversal del nucli ha d'estar el més propera possible a la forma de les bobines.
En els enrotllaments rectangulars, la secció transversal del nucli es fa rectangular. Amb rodó: el nucli té una secció de diversos nivells. Si el nucli té una gran secció transversal, es fan canals d'aire longitudinals per eliminar la calor, dividint el nucli en paquets separats.
Els fulls s'uneixen amb agulles o reblons. Els fulls individuals no s'han de connectar entre si, ja que es poden produir corrents de Foucault al pla de contacte. Per evitar que les làmines es tanquin a través dels passadors i reblons, s'hi col·loquen tubs aïllants. Les femelles i els capçals dels reblons estan aïllats de les plaques de premsa del nucli amb rentadores elèctriques de cartró.
En els transformadors s'utilitzen dos tipus de bobinats: de disc i cilíndric.
Amb un disseny de bobinatge en forma de disc, els bobinatges primaris i secundaris es divideixen en una sèrie de bobinatges plans en forma de disc que s'alternen en sèrie al nucli del transformador.
En un enrotllament cilíndric, els enrotllaments primaris i secundaris estan disposats de manera concèntrica entre si. El bobinat de baixa tensió se sol col·locar més a prop del nucli, ja que és més fàcil aïllar-lo de l'acer.
En fer bobinatges, s'ha de distingir entre l'aïllament dels cables individuals, l'aïllament entre capes i bobinatges, l'aïllament entre els bobinatges primaris i secundaris (secundaris) i l'aïllament dels bobinats en relació al nucli.
Els bobinatges del transformador estan fets de filferro de coure cobert amb aïllament. Per aïllar els cables de bobinat, s'utilitzen paper, de vegades fil de cotó de seda, làmina de vernís (esmalt) o diverses capes d'aïllament, per exemple, una capa de vernís i una capa de fil de seda, una capa de paper i una capa de fil de cotó , etc.
Els separadors de paper s'utilitzen com a aïllament entre les capes. Els bobinatges s'aïllen amb volanderes o juntes de cartró elèctric embolicades amb cinta, paper o drap mullats amb oli.
Els extrems dels bobinatges del transformador es treuen amb l'ajut de casquilles, que els aïllen del cos posat a terra (tanc).
Dispositiu transformador:
Hi ha dues maneres bàsiques de connectar els bobinatges d'un transformador trifàsic: connexió en triangle i connexió en estrella. Quan els bobinatges estan connectats en delta, la tensió de fase és igual a la tensió de línia i el corrent de fase és 1,73 vegades menor que el corrent de línia. Quan els bobinatges estan connectats en estrella, la tensió de fase és 1,73 vegades menor que la tensió de línia i el corrent de fase és igual a la línia.
El mètode de connexió dels bobinatges en un transformador trifàsic és de gran importància, ja que depèn l'angle de fase de la tensió secundària respecte al primari. El canvi de fase entre la tensió del bobinat primari i secundari també depèn de la direcció del bobinat de les bobines. Per a més detalls consulteu aquí: Esquemes i grups de connexió de bobinats de transformadors de potència
On es dissenyen els transformadors per a treballs conjunts paral·lels, cal que els potencials instantanis de les fases d'aquests transformadors siguin els mateixos. Els transformadors que tenen el mateix desfasament entre les tensions de línia dels bobinats d'alta i baixa tensió s'assignen al mateix grup de connexions de bobinats, als quals se'ls assigna un número d'acord amb la designació de l'hora.
Per aïllar el bobinat del nucli i per aïllar el bobinat d'alta tensió del bobinat de baixa tensió, s'utilitzen cilindres durs premsats amb paper cuit o cilindres de cartró elèctric, els anomenats cilindres tous.
En la construcció de transformadors, s'utilitza àmpliament un oli mineral especial (petroli), que s'anomena transformador… Els dipòsits s'omplen d'oli de transformador i s'hi submergeix un nucli amb bobinatges. Aquest disseny s'adopta per a transformadors d'alta potència, per a transformadors rectificadors d'alta potència, per a transformadors d'impulsos d'alta potència.
L'oli de transformador, del qual s'han eliminat la humitat i les impureses, és a dir, assecat i purificat, és un bon aïllant entre els bobinatges i la caixa metàl·lica. A més, l'oli del transformador, que té una conductivitat tèrmica més alta que l'aire, condueix bé la calor des de les parts actives del transformador fins a les superfícies externes del dipòsit.
A mesura que augmenta la potència del transformador, les pèrdues creixen més ràpidament que les seves dimensions geomètriques, la qual cosa comporta la necessitat d'augmentar la seva superfície de refrigeració. Vegeu els detalls aquí: Sistemes de refrigeració per a transformadors de potència
A la pràctica, s'utilitzen dispositius que converteixen la tensió alterna, en què els bobinatges primaris i secundaris estan connectats elèctricament. Aquests dispositius s'anomenen autotransformadors.
Un autotransformador es diferencia d'un transformador convencional perquè els seus bobinatges primaris i secundaris es connecten no només de manera inductiva (com en un transformador convencional), sinó també elèctricament.
Vegeu també: Característiques de rendiment dels transformadors de potència