Los transformadores eléctricos que ves pueden parecer sencillos, pero cada una de sus piezas está diseñada con mucho cuidado. Cada una de ellas se ha diseñado tras resolver varias fórmulas matemáticas complejas para regular la electricidad de forma calculada.
Si los transformadores eléctricos se diseñan con tanta complejidad, ¿qué hay dentro de un transformador? ¿Cómo es cada pieza del transformador y qué ocurre dentro de él?
Hemos diseñado este artículo especialmente para aquellos que desean comprender qué hay dentro del transformador. Así que léalo detenidamente y vea cuánto aprende sobre el tema.
Qué hay dentro de un transformador
Hay tres partes principales dentro de su transformador que realizan todas las tareas importantes. De las tres, dos son las partes cruciales que trabajan juntas para realizar el trabajo de regulación de la electricidad. La tercera parte es la que soporta el funcionamiento conjunto de las tres partes. Las tres partes del transformador que funcionan en su interior son:
- Núcleo del transformador
- Devanado del transformador
- Mecanismo de refrigeración del transformador
Núcleo del transformador
Cuando miras dentro del transformador, verás una estructura metálica formada por finas láminas laminadas justo en el centro del transformador. Es el núcleo del transformador. El núcleo está cubierto en su mayor parte por el devanado del transformador, pero se puede ver una parte considerable del núcleo cuando se mira dentro de un transformador.
Lo que verá es un transformador de núcleo, en el que se aprecia una gran parte rectangular hueca. El núcleo rectangular hueco tendrá un devanado primario en un extremo y un devanado secundario en el extremo opuesto. Solo podrá ver la parte superior del núcleo, ya que el devanado cubre todo el lado izquierdo y derecho del núcleo.
Si el transformador que está observando tiene un núcleo de tipo envolvente, verá una gran parte rectangular con dos secciones rectangulares huecas en su interior. Una sección hueca tendrá un devanado primario del transformador y la otra sección tendrá un devanado secundario del transformador. Podrá ver una gran parte del núcleo del transformador y una pequeña parte del devanado, ya que la mayor parte del devanado estará dentro de la sección hueca del núcleo.
Si toma cualquier tipo de núcleo de transformador e intenta desmontarlo, verá que el núcleo del transformador está formado por varias láminas de acero laminadas en frío y unidas entre sí para formar una sola pieza. Las secciones superior e inferior del núcleo se denominan yugo, y son las partes que se ven cuando se mira dentro del transformador. Los lados izquierdo y derecho del núcleo se denominan extremidades, y es aquí donde se realiza el devanado.
Devanados del transformador
Cuando se mira dentro de un transformador, lo más evidente es el devanado del transformador. Esto se debe a que es la parte más grande y prominente del transformador. Lo que se ve es un cable de cobre o aluminio enrollado alrededor de una parte metálica llamada núcleo del transformador.
En cualquier transformador hay dos devanados: el devanado primario y el devanado secundario. Se puede adivinar cuál es el devanado del transformador primario y cuál es el devanado del transformador secundario.
Si se trata de un transformador elevador, el devanado secundario será más grande, voluminoso y pesado que el devanado primario. Por el contrario, si se trata de un transformador reductor, el devanado primario será más grande, voluminoso y pesado que el devanado secundario.
Dependiendo del tipo de núcleo del transformador, es posible que vea un devanado concéntrico para un núcleo de transformador de tipo núcleo, o que vea un devanado tipo sándwich realizado en un núcleo de transformador de tipo envolvente. También es posible que observe siete tipos diferentes de estilos de devanado de transformadores realizados en cualquier tipo de núcleo de transformador.
Su transformador puede tener
- Devanados de transformador de tipo cilíndrico
- Devanados de transformador de tipo disco
- Devanados de transformador de tipo lámina
- Devanados helicoidales o bobinados de transformador de tipo espiral
- Devanados de transformador de tipo helicoidal multicapa
- Devanados de transformador de tipo disco y disco continuo
- Devanados de transformador de tipo cruzado
Si el transformador tiene un devanado de tipo cilíndrico, es posible que vea tiras de aluminio de sección transversal rectangular enrolladas alrededor del núcleo de manera que formen un cilindro alrededor del núcleo del transformador. También se puede encontrar cobre en forma de alambres. El alambre se enrolla alrededor del núcleo del transformador con un material aislante que cubre todo el devanado.
En los devanados de transformadores de tipo lámina, se ven tiras de cobre o aluminio recubiertas de un aislamiento muy fino enrolladas alrededor del núcleo. Se puede ver una sola lámina enrollada varias veces o una sola lámina enrollada menos veces. El devanado de transformadores de tipo disco se realiza enrollando un alambre de cobre para formar un disco y apilando varios discos para formar un devanado completo. Los discos se separan mediante espaciadores y cada disco tiene su propio aislamiento.
El devanado de transformadores de tipo helicoidal o espiral consta de varios devanados cilíndricos que se enrollan alrededor del núcleo del transformador y se conectan entre sí de manera que forman una hélice o espiral. De manera similar, el devanado de transformadores de tipo helicoidal multicapa se realiza con múltiples capas de devanados cilíndricos. Tienen al menos una capa interna y una capa externa de material conductor enrolladas alrededor del núcleo del transformador.
Variaciones en la estructura interna según los tipos de transformadores
Transformadores de aceite
Si miras dentro de un transformador de aceite, lo primero que verás es un líquido dentro del tanque del transformador. Si lo piensas bien, ¿qué es entonces el líquido que hay dentro de un transformador? En los transformado res de aceite, el núcleo, el devanado y el aislamiento se mantienen sumergidos en aceite, que actúa como medio aislante y transmisor de calor.
El núcleo, el devanado y el aislamiento del transformador se colocan dentro del tanque del transformador, y luego ese tanque se llena con aceite para transformadores. El tanque se llena hasta la parte superior, y no se pueden ver directamente el devanado ni el núcleo. Se pueden observar el núcleo y el devanado del transformador después de retirar el aceite.
El aceite del transformador también ayuda a la refrigeración y, dependiendo del tipo de transformador, el tipo de sistema de refrigeración puede variar. Hay cinco sistemas de refrigeración diferentes que se pueden ver dentro de los transformadores de tipo aceite:
- Aceite natural/ Aire natural
- Aceite natural / Aire forzado
- Aceite forzado/Aire natural
- Aceite forzado/Aire forzado
- Aceite forzada / Agua forzada
En los sistemas de refrigeración natural por aire y aceite, no verá ningún sistema específico para eliminar el calor residual. Todo el calor residual se elimina mediante métodos de transferencia de calor por convección natural. En un sistema forzado por aire y aceite, verá un ventilador de refrigeración eléctrico que impulsa el aire hacia las aletas del transformador. Esto aumenta la velocidad de refrigeración del transformador.
En el sistema forzado por aire y aceite, verá una bomba de aceite eléctrica dentro del transformador. Esta bomba fuerza el aceite a circular dentro del transformador y aumenta la velocidad de eliminación del calor.
En el sistema de aire forzado por aceite, se observan tanto un ventilador de refrigeración para el aire como una bomba de aceite para el aceite. Ambos trabajan para aumentar la velocidad de refrigeración del transformador. En algunos transformadores de alta potencia, se puede ver el mecanismo de aire forzado combinado con un intercambiador de calor especialmente diseñado en el que se utiliza agua para enfriar el aceite caliente procedente del devanado del transformador.
Transformadores de tipo seco
Quizás se pregunte cómo es el interior de un transformador seco. Si mira dentro de un transformador de tipo seco, no verá el devanado, el núcleo ni el material aislante del transformador. Esto se debe a que, en los transformadores de tipo seco, el devanado, el núcleo y el material aislante del transformador se sumergen primero en resina y luego se curan, lo que endurece la resina. Esto convierte la resina en una capa aislante que los recubre.
Es posible que vea o no un ventilador de refrigeración dentro de un transformador de tipo seco. El ventilador de refrigeración funciona para mantener el transformador frío durante su funcionamiento. El ventilador se encarga de soplar aire frío del exterior sobre el devanado del transformador cubierto de resina. Esto se hace para eliminar el calor residual producido durante el proceso de regulación de la electricidad.
En los transformadores de tipo seco pequeños no verá ningún ventilador de refrigeración. Estos transformadores enfrían el devanado mediante el proceso de convección natural.
¿Qué hay dentro de un transformador de potencia?
Los transformadores de potencia son grandes y pesados. Estos transformadores están diseñados y desarrollados para centrales eléctricas. Por lo tanto, si miras dentro de un transformador de potencia, verás grandes bobinados sumergidos en cientos de litros de aceite.
Como la mayoría de los transformadores de potencia son transformadores elevadores, observarás que su bobinado primario es siempre más pequeño que el secundario. El tipo de devanado que observarás depende de la potencia nominal, la tensión nominal y la capacidad del transformador.
Si observa el interior de un transformador de potencia con una potencia nominal entre 150 kVA y 30 MVA, es posible que vea un devanado de transformador de tipo helicoidal. Estos transformadores tienen tensiones nominales entre 400 y 11 kV, pero a veces se utilizan para tensiones de hasta 33 kV. Para soportar tensiones nominales superiores a 11 kV, normalmente de 33 kV a unos 110 kV, se utiliza un devanado helicoidal multicapa en los transformadores de potencia.
Como todos los transformadores de potencia están diseñados para soportar una alta potencia eléctrica en las centrales eléctricas, también producen mucho calor residual. Este calor residual debe eliminarse de los transformadores de la forma más eficiente posible.
Por lo tanto, si se observa el interior de un transformador de potencia, es posible encontrar un mecanismo de eliminación de calor completamente dedicado. El mecanismo puede utilizar sistemas de refrigeración por aire forzado con aceite o por agua forzada con aceite.
Transformadores de distribución
Los transformadores de distribución son pequeños en comparación con los transformadores de potencia. Puede ver transformadores de distribución a su alrededor. Están instalados en postes y en pequeñas plataformas construidas en el suelo. Si observa el interior de estos transformadores, es posible que vea diferentes partes según el tipo, el tamaño y la capacidad del transformador de distribución.
Si miras dentro de un transformador, que suele ser pequeño y estar instalado en postes, es posible que te preguntes qué hay dentro de un transformador en un poste telefónico. Es muy probable que veas un devanado de transformador de tipo disco sumergido en aceite.
Estos pequeños transformadores también pueden ser transformadores de tipo seco, en los que se puede ver el devanado encerrado en resina. No verás ningún mecanismo de refrigeración específico, ya que estos transformadores solo utilizan mecanismos de convección natural para refrigerarse.
Si observa el interior de un transformador de distribución de tamaño mediano, volverá a ver un devanado de transformador sumergido en aceite con o sin un mecanismo de refrigeración forzada. Estos transformadores de tamaño mediano también pueden utilizar transformadores de tipo seco con un mecanismo de refrigeración específico.
Si observa el interior de un transformador de distribución de gran tamaño, verá un gran devanado de transformador sumergido en cientos de litros de aceite con un mecanismo de refrigeración forzada específico.
Conclusión
Cada componente del transformador, desde el núcleo hasta los devanados y los mecanismos de refrigeración, está diseñado específicamente para garantizar un rendimiento óptimo. Todas las piezas funcionan conjuntamente para regular y suministrar electricidad de manera eficiente. Las piezas que verá dentro del transformador dependen en gran medida del tipo, el tamaño, la capacidad y la potencia nominal del transformador. Al explorar el funcionamiento interno de los transformadores, podrá comprender mejor estos dispositivos.
Seguimiento
Los transformadores son equipos eléctricos de aspecto muy sencillo, pero lo que hay dentro de ellos los hace interesantes y complejos. En el interior de un transformador hay un núcleo, un devanado, un aislamiento y un mecanismo de refrigeración. Todas las piezas deben fabricarse con los más altos estándares de calidad para garantizar una alta eficiencia.
En Daelim Belefic seguimos todas las normas nacionales e internacionales de fabricación y seguridad de transformadores, incluidas, entre otras, ANSI, IEEE, CSA, AS, GOST, IEC, EU y DIN/VDE. Contamos con centros de distribución y instalaciones totalmente funcionales y una sólida base de clientes en Estados Unidos, Europa, Canadá, Australia y el resto del mundo.
Si tiene alguna pregunta sobre el devanado de transformadores, solo tiene que ponerse en contacto con nosotros y le explicaremos todo el proceso.
