Diferentes tipos de transformadores y aplicaciones

 

Funciones centrales

Conversión de voltaje:Ajusta los niveles de voltaje para adaptarse a diferentes sistemas de cuadrícula o requisitos del dispositivo.

Aislamiento eléctrico:Previene la propagación de fallas entre los circuitos primarios y secundarios, mejorando la seguridad.

Eficiencia de transmisión:La transmisión de alto voltaje reduce la corriente de línea y la pérdida de energía, mejorando la eficiencia general.

 

 Clasificación por nivel de voltaje

1. Transformadores de potencia

Clasificación por propósito y función

 

1. Transformadores de potencia

Definición:Utilizado en redes eléctricas para subir o bajar el voltaje (típicamente por encima de 33kV); alta capacidad y diseñado para operación continua.

Aplicaciones:Centrales eléctricas, subestaciones, líneas de transmisión interprovince, grandes zonas industriales.

Ventajas:Alta eficiencia (hasta 99%), admite una vida útil de alta corriente y potencia, larga.

Desventajas:Sistemas de enfriamiento voluminosos, caros y complejos.

 

2. Transformadores de distribución

Definición:Pase el voltaje medio (10–35kV) a bajo voltaje (400\/230V) para usuarios finales; típicamente<2000kVA.

Aplicaciones:Comunidades residenciales, edificios de oficinas, centros comerciales, escuelas, hospitales.

Ventajas:Rentable, fácil de instalar y mantener; Adecuado para uso al aire libre o montado en postes.

Desventajas:Eficiencia de carga completa más baja; pérdida de energía bajo carga de luz; Rango de voltaje\/capacidad limitado.

 

3. Autotransformadores

Definición:Parte primaria y secundaria parte del devanado; Voltaje ajustado a través de grifos.

Aplicaciones:Inicio del motor, regulación de voltaje, sistemas de prueba de energía.

Ventajas:Compacto, bajo costo, alta eficiencia.

Desventajas:Sin aislamiento; menor seguridad, mayor riesgo de falla.

 

4. Transformadores de instrumentos

Transformadores de voltaje (VTS)

Definición:Escala de voltaje hacia abajo para la medición\/protección.

Aplicaciones:Medidores de voltaje, relés de protección, medición de energía.

Ventajas:Alta precisión, aislamiento eléctrico de sistemas de alto voltaje.

Desventajas:Secundario no debe ser cortocircuitado; costos sensibles.

 

Transformadores actuales (CTS)

Definición:Escala la corriente de baja para medir o protección segura.

Aplicaciones:Medidores de corriente, detección de corriente de falla, sistemas de protección.

Ventajas:Medición precisa, aísla la alta voltaje del equipo de bajo voltaje.

Desventajas:El secundario no debe ser de circuito abierto; propenso al magnetismo residual.

 

Transformadores de instrumentos generales

Definición:Convierta señales de alto voltaje\/corriente en señales seguras de bajo nivel.

Aplicaciones:Subestaciones, medición, protección de relevos.

Ventajas:Medición segura, alta precisión, estandarización.

Desventajas:Sensible a la impedancia y la saturación; Requiere calibración y conexión a tierra correcta.

 

5. Transformadores de aislamiento

Definición:Aislamiento completo entre primario y secundario; A menudo la relación 1: 1.

Aplicaciones:Dispositivos médicos, centros de datos, laboratorios, instrumentos de precisión.

Ventajas:Mejora la seguridad, reduce la interferencia en modo común y elimina los bucles de tierra.

Desventajas:Por lo general, no cambia el voltaje; costo relativamente alto; Gran huella.

 

Clasificación porCapacidad

In IEC 60076-6, transformers can be classified by capacity into small, middle, and large transformers. Small mainly refers to transformers without additional radiators/coolers/pipes/corrugated oil tanks. Medium transformers refer to transformers with three-phase capacity ≤100 MVA or single-phase capacity ≤33.3 MVA. Large transformers refer to transformers with three-phase capacity >100 MVA or single-phase capacity >33.3 MVA.

 

Clasificación por medio de enfriamiento

Según el medio de enfriamiento, los transformadores se pueden dividir en transformadores inmersos en aceite y transformadores de tipo seco. Luego, los transformadores de tipo seco se pueden dividir en transformadores de tipo de fundición de resina y transformadores impregnados de presión al vacío. Los transformadores impregnados con presión de vacío generalmente se llaman transformadores VPI.

Comparación entre el tipo seco y el transformador inmerso en aceite

 

Características	Transformador de tipo seco	Transformador de aceite
Medio de enfriamiento	Aire u otros gases	Aceite de transformador
Seguridad	Alto, sin riesgo de fuego y explosión	Bajo, existe un riesgo de combustión y explosión de petróleo
Mantenimiento	Simple, no es necesario reemplazar regularmente el medio de enfriamiento	Requiere reemplazo y mantenimiento de aceite regular
Protección ambiental	Alto, sin contaminación al medio ambiente	Bajo, existe un riesgo de fuga de petróleo y contaminación ambiental
Áreas de aplicación	Edificios de gran altura, subterráneos, hospitales, etc.	Subestaciones al aire libre, parques industriales, etc.

 

 

Clasificación por fase

 

Clasificación de material y diseño núcleo

 

1. Por material central

 

Transformador de núcleo de hierro

Definición: Utiliza láminas de acero de silicio laminado como núcleo magnético para guiar el flujo magnético. El diseño del núcleo a menudo incluye juntas mitred o laminaciones de lapas de paso para reducir la renuencia. El grosor de la lámina de acero de silicio es inversamente proporcional a la frecuencia de operación (por ejemplo, 0. 3 mm para 5 0 Hz, 0.1 mm para 400 Hz).

Aplicaciones: Transmisión de potencia (sistemas de 50\/60 Hz), alimentación de frecuencia de línea, gran control de motor ideal para sistemas eléctricos de alta potencia y sensibles a los costos.

Ventajas: Alta eficiencia (95–99%), gran capacidad de energía (hasta el nivel de GVA), bajo costo; El diseño laminado y los circuitos magnéticos optimizados mejoran la eficiencia de conversión de energía.

Desventajas: Voluminoso debido a las hojas laminadas; pérdidas significativas a alta frecuencia (corriente de remolino e histéresis); propenso a la vibración y el ruido. No es adecuado para la operación de alta frecuencia debido al aumento de las pérdidas.

 

Transformador de núcleo de ferrita

Definición: Utiliza ferrita (material magnético de cerámica) como el núcleo magnético, adecuado para aplicaciones de alta frecuencia. La ferrita Mn-Zn es óptima por debajo de 1 MHz, mientras que la ferrita NI-ZN se adapta a las frecuencias por encima de 1 MHz. La temperatura de Curie (80-300 grados) determina la temperatura máxima de funcionamiento.

Aplicaciones: Suministros de alimentación de conmutación (por ejemplo, cargadores telefónicos), inversores de alta frecuencia, circuitos de RF, balastos electrónicos adaptables para dispositivos compactos, de baja pérdida y alta frecuencia.

Ventajas: Pérdidas extremadamente bajas de alta frecuencia (por encima de 1 MHz), tamaño compacto, fuerte capacidad antisaturación; Los materiales diseñados para bandas de frecuencia específicas aseguran una alta eficiencia de transmisión.

Desventajas: Capacidad de potencia limitada (<10 kW), magnetic permeability varies with temperature, fragile and prone to cracking; performance degrades in high-temperature environments.

 

Transformador

Definición: Carece de un núcleo magnético, dependiendo completamente del aire o los medios no magnéticos para transmitir el flujo magnético. Efectivo en las frecuencias de microondas (rango de GHz), como las aplicaciones RFID, utilizando estructuras de devanamiento multicapa o de panal para mejorar el acoplamiento.

Aplicaciones: Comunicación de RF (ajuste de antena), bobinas Tesla, instrumentos de medición de alta frecuencia, equipos superconductores ideales para entornos de alta frecuencia o alta linealidad.

Ventajas: Sin histéresis o pérdida de corriente de Fouca Eddy, sin saturación magnética, alta linealidad; El diseño sin correos elimina la pérdida magnética, ofreciendo un rendimiento estable a altas frecuencias.

Desventajas: Low efficiency due to poor magnetic coupling, large size, limited to high-frequency applications (>100 kHz); No es adecuado para escenarios de baja frecuencia o alta potencia.

 

2. Por diseño de núcleo

 

Transformador de núcleo solenoidal

Definición: Los devanados se envuelven alrededor de una extremidad central del núcleo, que generalmente es de tipo E o tipo UI, comúnmente usado en estructuras de transformador de tipo núcleo donde el flujo magnético brota a través de una ruta magnética cerrada.

Aplicaciones: Transformadores de distribución, transformadores de potencia y equipos industriales\/eléctricos generales.

Ventajas: Proceso de fabricación madura, adecuado para la producción de masas estandarizada; Amplio espacio de aislamiento permite una operación de alto voltaje; favorable para sistemas de enfriamiento de aceite o aire.

Desventajas: El circuito magnético más largo conduce a un mayor flujo de fuga, vibraciones y ruido ligeramente más altos; huella relativamente mayor.

 

Transformador de núcleo toroidal

Definición: Utiliza un núcleo magnético de anillo cerrado con devanados uniformemente a su alrededor, lo que permite un camino de flujo magnético completamente cerrado.

Aplicaciones: Equipo de audio de alta gama, dispositivos médicos, instrumentos de precisión, equipos de laboratorio, adaptadores de energía, alimentación compacta.

Ventajas: Fugas magnéticas extremadamente bajas e interferencia electromagnética; Alta eficiencia, operación tranquila; Instalación compacta y ligera y flexible.

Desventajas: Proceso complejo de devanado, mayor costo de fabricación; inadecuado para aplicaciones de alto voltaje; difícil de mantener o reemplazar.

 

3. Por estructura central

Transformadores especiales

 

1. Transformadores del rectificador

Definición:Suministra voltajes específicos a unidades rectificador; Los diseños de múltiples vientos reducen los armónicos.

Aplicaciones:Fiesta de aluminio, transmisión de CC, potencia de tracción, electroplatación.

Ventajas:Maneja bien los armónicos; salida estable; adecuado para la rectificación de alta potencia.

Desventajas:Alto calor debido a armónicos; Sistemas de enfriamiento caros.

 

2. Transformadores del horno

Definición:Suministra bajo voltaje (10-100V) y alta corriente (hasta decenas de KA) para hornos industriales.

Aplicaciones:Fabricación de acero, fundición de metal, procesamiento térmico.

Ventajas:Salida de corriente alta y ajustable; Admite cortocircuitos frecuentes.

Desventajas:Menor eficiencia; alto consumo de energía; requiere enfriamiento.

 

3. Pruebas de transformadores

Definición:Produce alto voltaje (hasta varios cientos de kV) para pruebas de aislamiento a corto plazo.

Aplicaciones:Prueba de cable, pruebas de aislamiento, pruebas de aceptación de fábrica.

Ventajas:Alta salida ajustable; Fuerte capacidad de sobrecarga de corto tiempo.

Desventajas:Gran tamaño; tiempo de operación limitado; Mantenimiento complejo.

 

4. Transformadores de soldadura

Definición:Proporciona una potencia de bajo voltaje y alta corriente para soldadura por arco; Utiliza la derivación magnética o la reactancia de fuga a la salida de forma.

Aplicaciones:Soldadura por arco manual, soldadura por puntos y sitios de construcción.

Ventajas:Salida estable, adecuada para arcos frecuentes; Alta seguridad.

Desventajas:Bajo factor de potencia; control complejo; requiere compensación.

 

Esta sección describe la clasificación de los transformadores eléctricos a través de múltiples dimensiones, incluido el nivel de voltaje del transformador, el propósito y la función, las fases, el material del núcleo, el diseño del núcleo, la estructura del núcleo y el medio de enfriamiento. Se proporciona un análisis comparativo de estas categorías para guiar la selección óptima del transformador basada en demandas operativas específicas y restricciones ambientales.