Diferents tipus de transformadors: una guia completa

Els transformadors elèctrics són dispositius que transfereixen energia elèctrica d'un circuit a un altre, generalment mentre canvien els nivells de tensió per fer que l'energia sigui més segura, més eficient o més utilitzable. Els diferents tipus de transformadors existeixen perquè els sistemes elèctrics tenen exigències diferents: transmissió a llarga-distància, protecció d'equips, mesura, conversió de tensió, manipulació del senyal i aïllament de fallades o sorolls. Aquesta guia explica els principals tipus de transformadors, on s'utilitzen i com pensar en triar el més adequat per a una aplicació.

Què són els transformadors elèctrics?

Els transformadors elèctrics són dispositius electromagnètics que utilitzen bobinesde cable i un nucli magnètic per moure energia entre circuits sense connexió elèctrica directa en molts dissenys. En un transformador bàsic, el corrent altern al bobinatge primari crea un camp magnètic canviant, que indueix tensió al bobinatge secundari. La relació entre les espires del cable de cada bobinatge determina si el transformador augmenta la tensió, la baixa o la manté gairebé igual.

Aquest principi senzill admet una àmplia gamma de tipus de transformadors. Alguns estan dissenyats per a xarxes de serveis públics i distribució d'energia industrial, mentre que altres són components compactes dins d'electrònica, panells de control, equips mèdics, bancs de proves i sistemes d'automatització. Com que els transformadors poden influir en la tensió, el corrent, la seguretat, el soroll i la compatibilitat del sistema, són fonamentals per a la infraestructura elèctrica moderna.

Les formes bàsiques de classificació dels transformadors

Abans de mirar dissenys específics, ajuda a entendre com s'agrupen habitualment els transformadors. Un únic transformador pot pertànyer a més d'una categoria. Per exemple, un transformador de tipus sec-també pot ser un transformador reductor-i un transformador de potència també pot ser trifàsic.

Els mètodes de classificació comuns inclouen:

Per funció de tensió:transferència de tensió-puja,-baixada o-a-.

Per aplicació:distribució d'energia, mesura, protecció, aïllament, control o electrònica.

Per construcció:tipus de nucli, tipus de closca, toroidal, de tipus-sec o d'oli-.

Per fase:monofàsica-o trifàsica-.

Per disposició de bobinatge:dos-transformadors de bobinatge, transformadors automàtics o dissenys de bobinatge múltiple-.

Per entorn operatiu:aplicacions d'interior, exterior, industrial, de serveis públics, marines, mèdiques o d'ubicació-perillosa.

Aquestes categories són útils perquè la selecció del transformador rarament es basa només en la tensió. L'entorn d'instal·lació, el perfil de càrrega, els requisits d'aïllament, el mètode de refrigeració, les expectatives d'eficiència i els estàndards elèctrics aplicables configuren l'elecció final.

Els transformadors de potència mouen energia a escala

Els transformadors de potència estan construïts per manejar quantitats més grans d'energia elèctrica, normalment ensistemes de generació, transmissió, subestacions i industrials pesants. El seu propòsit principal és augmentar la tensió per a una transmissió eficient a llarga-distància o reduir la tensió per a la distribució i l'ús.

Quan augmenta la tensió, el corrent es pot reduir per al mateix nivell de potència, la qual cosa ajuda a limitar les pèrdues en els conductors de transmissió.

Aquests transformadors solen estar dissenyats per a un servei continu, estabilitat tèrmica i una llarga vida útil. Molts transformadors de potència grans estan plens d'oli-perquè l'aïllament i la refrigeració líquids poden ajudar a gestionar la calor en equips de gran-capacitat. Les versions més petites o d'interior poden utilitzar una construcció de tipus sec-on la seguretat contra incendis, les preferències de manteniment o les condicions ambientals fan que l'equip ple de líquid- sigui menys desitjable.

Els transformadors de potència no es trien casualment. Els enginyers tenen en compte la demanda de càrrega, la capacitat de resistència a curt-circuits, la impedància, la classe de refrigeració, el nivell d'aïllament, el soroll, les pèrdues i les limitacions d'instal·lació. A la infraestructura crítica, la redundància i l'accés al manteniment també són importants perquè un transformador fallat pot interrompre el servei a molts usuaris.

Els transformadors de distribució apropen la tensió a la càrrega

Els transformadors de distribució són els cavalls de batalla familiars que redueixen la potència de mitjana-tensió a nivells utilitzables per habitatges, edificis, botigues i càrregues industrials lleugeres. Es troben als pals de serveis, en tancaments-muntats a coixinets, a l'interior d'edificis i a prop de grups d'equips. La seva feina és pràctica: proporcionar la tensió adequada prop del punt d'ús.

En comparació amb els transformadors de gran potència, els transformadors de distribució sovint funcionen amb càrrega variable al llarg del dia. L'eficiència amb càrrega parcial pot importar perquè aquestes unitats poden romandre energitzades contínuament fins i tot quan la demanda és baixa. En edificis comercials, un transformador de distribució pot servir d'il·luminació, receptacles, equips de climatització o càrregues de procés dedicades.

Un punt pràctic clau és la col·locació. Col·locar el transformador més a prop de la càrrega pot reduir la longitud del conductor de baixa-tensió i la caiguda de tensió, però també pot introduir consideracions d'espai, ventilació, accés, so i codi. Un bon disseny equilibra el rendiment elèctric amb la realitat de l'edifici o del lloc.

Els transformadors d'aïllament milloren la seguretat i redueixen les interferències

Els transformadors d'aïllament transfereixen potència entre circuits mentre separen intencionadament l'entrada i la sortida elèctricament. La tensió pot romandre igual, o es pot augmentar o baixar, però el benefici que defineix és l'aïllament galvànic. Aquesta separació pot reduir el risc de certs perills de descàrrega, limitar els problemes de llaç-de terra i ajudar a protegir els equips sensibles del soroll elèctric.

Els transformadors d'aïllament són habituals en laboratoris, sistemes de control, entorns mèdics, sistemes d'àudio, maquinària industrial i bancs de servei. També s'utilitzen quan es necessita una font derivada per separat, subjecte a les normes i pràctiques de connexió a terra que s'apliquen a la instal·lació. El transformador no fa que l'electricitat sigui inofensiva, però pot canviar el comportament de les fallades i el soroll en un sistema.

Quan avalueu els transformadors d'aïllament, mireu més enllà de la tensió i la potència nominal. Els detalls importants inclouen la classificació d'aïllament, el corrent de fuga, el blindatge, l'augment de temperatura, el tipus de tancament, les disposicions de connexió a terra i si la unitat està dissenyada per a l'entorn específic. Un transformador d'aïllament de grau-medical, per exemple, pot tenir requisits que difereixen d'un transformador de control industrial.

Els transformadors automàtics utilitzen un bobinatge per a la conversió de tensió compacta

Els transformadors automàtics utilitzen un únic bobinatge continu amb aixetes en lloc de bobinatges primaris i secundaris completament separats. Com que part del bobinatge es comparteix, poden ser més petits, lleugers i més eficients que els transformadors de dos-bobinats comparables en moltes aplicacions de conversió-de tensió. Sovint s'utilitzen quan les tensions d'entrada i sortida són relativament properes.

El desavantatge és que els transformadors automàtics no proporcionen el mateix aïllament elèctric que un transformador de dos-bobinats. Això els fa útils en algunes aplicacions i inadequats en altres. Es poden trobar en equips d'ajust de tensió, arrencada de motors, variacions de laboratori i sistemes on es necessita una transformació compacta de tensió sense separació galvànica.

Utilitzeu un transformador automàtic quan l'eficiència, la mida i el cost siguin importants i no calgui l'aïllament. Eviteu utilitzar-ne un on la seguretat, la separació del soroll o l'aïllament de fallades siguin l'objectiu principal. Aquesta distinció és una de les diferències més importants entre els tipus de transformadors.

Quin tipus de transformador s'adapta a quina feina?

El tipus de transformador adequat depèn del que ha d'aconseguir el circuit: canviar la tensió, aïllar l'equip, mesurar magnituds elèctriques, millorar la compatibilitat o distribuir l'energia de manera segura. Comenceu per la càrrega i el sistema elèctric, no pel catàleg de transformadors. La tensió, el corrent, la freqüència, el cicle de treball, la ubicació d'instal·lació i els requisits de protecció han de guiar la selecció.

Una llista pràctica de selecció inclou:

Definir la tensió d'entrada i sortida.Confirmeu la tensió nominal, la tolerància permesa i si el sistema és monofàsic-o trifàsic.

Calcula la càrrega.Mideu el transformador per a la potència aparent, la demanda esperada, el corrent d'arrencada i l'expansió futura si escau.

Identificar la necessitat d'aïllament.Si cal una separació de seguretat o una reducció del soroll, trieu un disseny d'aïllament de dos-enrotllaments en lloc d'un transformador automàtic.

Revisar l'entorn.Tingueu en compte la calor, la humitat, la pols, la ventilació, la col·locació interior o exterior i els requisits de tancament.

Comproveu la connexió a terra i la protecció.Coordineu la protecció de sobreintensitat, la connexió, la connexió a terra i el comportament de fallades amb el disseny elèctric més gran.

Considereu l'eficiència i la calor.Les pèrdues del transformador es converteixen en calor, de manera que la ventilació i els costos d'operació són importants, especialment per als equips amb energia contínua.

Coincidir amb els estàndards aplicables.Utilitzeu equips classificats i llistats per a la jurisdicció prevista, el tipus d'instal·lació i l'aplicació.

Aquesta llista de verificació no substitueix la revisió d'enginyeria, però ajuda a aclarir les preguntes importants. En moltes instal·lacions, l'enfocament més segur és implicar un professional elèctric qualificat abans de comprar o instal·lar.

Els transformadors de tensió admeten el mesurament i el control

Els transformadors de tensió, també anomenats transformadors potencials en molts contextos de mesura, redueixen l'alta tensió a un valor estandarditzat més baix que els mesuradors, els relés i els equips de control poden manejar amb seguretat. En lloc de subministrar grans càrregues, proporcionen una representació a escala precisa de la tensió del sistema. Això permet que els dispositius de control i protecció funcionin sense estar connectats directament a nivells perillosos d'alt-tensió.

Aquests transformadors són habituals en aparells de commutació, subestacions, sistemes d'alimentació industrials i panells de mesura. La precisió és important perquè els instruments connectats es basen en la tensió secundària per representar correctament el sistema primari. El transformador s'ha de seleccionar per a les necessitats de classe de tensió, càrrega, precisió, aïllament i protecció.

Els transformadors de tensió sovint es discuteixen juntament amb els transformadors de corrent, que escalen el corrent en lloc de la tensió. En conjunt, permeten mesurar, controlar i protegir els sistemes elèctrics d'una manera pràctica. Sense aquests transformadors d'instruments, molts sistemes d'alta-energia serien molt més difícils i perillosos de controlar.

Els transformadors augmenta-i redueixen-els nivells de tensió utilitzables

Els transformadors augmenta{0}}augmenten la tensió del costat primari al costat secundari. Els serveis públics els utilitzen per augmentar la tensió després de la generació perquè l'energia pugui viatjar llargues distàncies de manera més eficient. També apareixen en equips especialitzats que necessiten una tensió superior al subministrament disponible.

Els transformadors reductors-redueixen la tensió per a un ús més segur o més pràctic. Són habituals en edificis, fonts d'alimentació electròniques, circuits de control, timbres, carregadors, panells industrials i xarxes de distribució. En termes quotidians, un transformador reductor-ajuda a convertir l'energia elèctrica disponible en un nivell que l'equip pugui utilitzar realment.

La idea important és que la tensió i el corrent es mouen en direccions oposades en un transformador ideal. Quan la tensió augmenta, el corrent disponible disminueix proporcionalment, i quan la tensió disminueix, el corrent disponible augmenta proporcionalment, dins dels límits de la capacitat del transformador i de les pèrdues-reals. Aquesta relació és la raó per la qual els transformadors poden adaptar el subministrament d'energia de manera tan eficaç.

Els dissenys d'una-fàsica i de tres-fàsiques serveixen de manera diferentsistemes

Els transformadors monofàsics-s'utilitzen àmpliament en aplicacions residencials, comercials lleugers, de control i d'equips petits. Funcionen amb fonts de corrent alterna-monofàsiques i sovint són més senzills d'instal·lar per a càrregues més petites. Molts transformadors de control de baixa tensió-i petites unitats de distribució entren en aquesta categoria.

Els transformadors-trifàsics donen servei a sistemes comercials, industrials i de serveis públics més grans. Es poden construir com una unitat-trifàsica o com un banc de tres unitats-monofàsiques. L'energia trifàsica-és eficient per a motors, equips grans i distribució d'energia equilibrada, la qual cosa fa que els transformadors-trifàsics siguin essencials a les fàbriques, centres de dades, edificis grans i infraestructura de xarxa.

L'elecció entre monofàsica i trifàsica sol estar determinada pel subministrament disponible i la càrrega. Un sistema de motor-trifàsic, per exemple, necessita generalment una disposició de transformador que admeti potència trifàsica-. Intentar forçar el transformador equivocat al sistema incorrecte pot provocar un rendiment baix, sobreescalfament o condicions insegures.

​​​​​​​L'estil de construcció afecta el rendiment i la instal·lació

La construcció del transformador influeix en la mida, l'eficiència, el so, la refrigeració i els requisits d'instal·lació. Els dissenys de tipus de nucli-i carcassa-organitzen els bobinatges i els camins magnètics de manera diferent, afectant la resistència mecànica i el rendiment magnètic. Els transformadors toroidals utilitzen un nucli en forma d'anell-i sovint es valoren en electrònica per la seva mida compacta i els camps magnètics dispersos baixos.

La refrigeració i l'aïllament també són opcions centrals de disseny. Els transformadors de tipus-sec utilitzen aire i aïllament sòlid, cosa que els fa habituals a l'interior, on potser no es prefereix l'equipament ple de líquid-. Els transformadors plens d'oli-utilitzen líquid aïllant per a la refrigeració i la rigidesa dielèctrica, que pot ser adequat per a aplicacions més grans a l'aire lliure o de serveis públics, però requereix atenció a les consideracions de contenció, manteniment i medi ambient.

Els tancaments també importen. Un transformador instal·lat en una sala elèctrica neta té necessitats de protecció diferents d'un situat a l'aire lliure, prop de maquinària o en un espai industrial polsós. El millor disseny no sempre és el més potent; és el que coincideix amb la demanda elèctrica, la configuració física, els requisits de seguretat i les expectatives de manteniment.

Coneixements clau per comprendre els tipus de transformadors

Els molts tipus diferents de transformadors són més fàcils d'entendre quan us centreu en el seu propòsit. Els transformadors de potència mouen grans quantitats d'energia a través de xarxes i sistemes industrials. Els transformadors de distribució fan baixar la tensió prop del punt d'ús. Els transformadors d'aïllament separen els circuits per raons de seguretat, control de soroll o disseny del sistema. Els transformadors automàtics proporcionen un ajust compacte de tensió quan no es requereix aïllament. Els transformadors de tensió permeten mesurar i controlar els sistemes d'alta tensió-.

Quan compareu transformadors elèctrics, eviteu triar només per tensió nominal. Una selecció fiable considera càrrega, fase, freqüència, aïllament, medi ambient, eficiència, rendiment tèrmic, protecció i estàndards aplicables. Si el transformador formarà part d'un edifici, una màquina, una connexió de serveis públics o un sistema-crític de seguretat, el disseny i la instal·lació professionals són essencials.

Els transformadors poden semblar equips passius, però configuren com es lliura, mesura, protegeix i utilitza l'electricitat.

Entendre els principals tipus de transformadors us ofereix una base més sòlida per llegir les especificacions, planificar sistemes i fer millors preguntes abans de seleccionar l'equip.

Contacta ara