Transformadors i els seus tipus: una guia completa

TransformadorsSón dispositius elèctrics que transfereixen energia entre circuits per inducció electromagnètica, generalment per augmentar la tensió, baixar la tensió, proporcionar aïllament o adaptar l'energia per a una aplicació específica. Els principals tipus de transformadors inclouentransformadors de potència, transformadors de distribució, transformadors d'aïllament, transformadors automàtics, transformadors d'instruments, i diversos dissenys definits per fase, mètode de refrigeració, disposició de bobinatge i cas d'ús.

Aquesta guia explica com es diferencien els tipus de transformadors, on s'utilitzen habitualment i quins factors pràctics importen a l'hora de triar entre ells.

Els principals tipus de transformadors s'agrupen per funció, aplicació, construcció i configuració elèctrica. A la pràctica, un transformador pot pertànyer a diverses categories alhora: una unitat pot ser trifàsica, submergida en oli-, baixar-i utilitzar-la com a transformador de distribució. Comprendre aquestes categories superposades us ajuda a llegir les especificacions amb més confiança i triar transformadors elèctrics en funció de la feina que han de realitzar.

En el nivell més simple, els tipus de transformadors responen a algunes preguntes clau: el transformador augmenta o disminueix la tensió? Aïlla els circuits? S'utilitza en transmissió, distribució, controls, mesurament o protecció d'equips? Està construït per a serveis interiors, exteriors, industrials, comercials o d'utilitat?

Les categories comunes de transformadors inclouen:

Transformadors de potència, utilitzat en xarxes de generació i transmissió on grans quantitats d'energia es mouen a alta tensió.

Transformadors de distribució, utilitzat més a prop dels usuaris finals per reduir la tensió d'habitatges, edificis i instal·lacions.

Transformadors d'aïllament, que s'utilitza per separar circuits elèctricament mentre encara transfereix energia magnèticament.

Autotransformadors, que utilitzen una disposició de bobinatge compartida per a un ajustament eficient de la tensió quan no es requereix aïllament.

Transformadors d'instruments, com aratransformadors de corrent i transformadors de tensió, utilitzat per mesurar, monitoritzar i protegir.

Pujar i rebaixar-transformadors, classificats segons si augmenten o baixen la tensió.

Transformadors-monofàsics i-trifàsics, classificats pel tipus de sistema elèctric que serveixen.

Transformadors-secs i plens d'oli-, classificats per mètode d'aïllament i refrigeració.

Un transformador funciona perquè el corrent altern en un bobinat crea un camp magnètic canviant en un nucli. Aquest camp magnètic indueix tensió en un altre bobinatge. La relació entre espires dels bobinatges primari i secundari determina si la tensió de sortida és més alta, més baixa o aproximadament la mateixa que l'entrada.

El nucli sol estar fet d'acer magnètic laminat o un altre material magnètic que ajudi a guiar el flux magnètic. Les laminacions redueixen les pèrdues d'energia causades pels corrents circulants a l'interior del nucli. Els bobinatges solen ser conductors de coure o alumini aïllats entre si i disposats per satisfer els requisits de tensió, corrent i tèrmica.

Un transformador no genera energia. Negocia tensió i corrent segons la potència que es transfereix, menys les pèrdues. Quan s'augmenta la tensió, el corrent disminueix per aproximadament el mateix nivell de potència. Quan es redueix la tensió, el corrent augmenta. Aquesta relació és la raó per la qual les xarxes elèctriques utilitzen alta tensió per a la transmissió a llarga-distància i una tensió més baixa més a prop de la càrrega final.

Els transformadors de potència estan dissenyats per al moviment d'energia a gran-escala, especialment a les estacions de generació, les subestacions de transmissió i els principals sistemes industrials. El seu paper és augmentar la tensió per a una transmissió eficient o reduir-la a les subestacions abans que l'electricitat entri a les xarxes de distribució locals.

Aquestes unitats solen ser construïdes per a una alta eficiència amb càrregues pesades perquè fins i tot les pèrdues percentuals petites poden importar quan els nivells de potència són grans.

Sovint operen a altes tensions i poden incloure sistemes d'aïllament complexos, equips de refrigeració, dispositius de protecció, canviadors de tocs i funcions de monitorització. La seva mida i disseny depenen de la classe de tensió, la capacitat, el cicle de treball, les condicions del lloc i els requisits de la xarxa.

Es pot utilitzar un transformador de potència per connectar una planta generadora a una línia de transmissió, enllaçar dos nivells de tensió dins d'una xarxa o subministrar una gran instal·lació industrial. Com que aquests transformadors gestionen una energia substancial, les especificacions i el manteniment requereixen una enginyeria acurada. Factors com ara la resistència del curt-circuit, la coordinació de l'aïllament, l'augment de la temperatura, la qualitat de l'oli i la configuració de protecció poden afectar la fiabilitat-a llarg termini.

Els transformadors de potència són més comuns a:

Centrals de generació elèctrica

Subestacions de transport

Interconnexions{0}}d'alta tensió

Grans instal·lacions industrials

Centrals d'energies renovables connectades a la xarxa

Xarxes de serveis públics on es requereix una transferència d'energia a granel

La idea clau és l'escala. Els transformadors de potència s'escullen quan la conversió de tensió ha de suportar un flux d'energia d'alta-capacitat, no només el servei d'equips locals.

Transformadors de distribucióreduir la potència de mitjana-tensió a tensions més baixes que poden ser utilitzades per habitatges, edificis comercials, granges i petites càrregues industrials. Són els tipus de transformadors que moltes persones veuen muntats en pals de serveis públics, col·locats en coixinets de formigó o instal·lats a prop d'edificis.

A diferència dels transformadors de potència, els transformadors de distribució es troben al final de la cadena de subministrament elèctric. Estan dissenyats per atendre càrregues diàries canviants, sovint funcionen contínuament a mesura que la demanda augmenta i baixa. Com que poden romandre energitzades durant tot el dia, les pèrdues sense-càrrega baixes i l'eficiència adequada a diferents nivells de càrrega són consideracions importants de disseny.

Els transformadors de distribució es presenten en diverses formes, com ara unitats-muntades a pal, unitats-muntades a coixinets, transformadors de volta i unitats de tipus-sec dins dels edificis. El seu disseny depèn de l'entorn d'instal·lació, els requisits de tensió, les consideracions de seguretat i els estàndards de la instal·lació.

Els transformadors de distribució s'utilitzen sovint per a:

Barris residencials

Edificis comercials

Escoles i equipaments públics

Instal·lacions industrials lleugeres

Punts de servei exteriors

Construcció de sales elèctriques

Servei elèctric rural

La feina d'un transformador de distribució és pràctica i local: proporcionar una tensió utilitzable de manera segura i fiable allà on es consumeix electricitat.

Transformadors d'aïllamentprotegir separant el circuit d'entrada del circuit de sortida, de manera que no hi ha connexió elèctrica directa entre ells.

La potència encara es transfereix a través de l'acoblament magnètic, però el circuit secundari està aïllat elèctricament del primari. Aquesta separació pot reduir els perills de xoc en determinades aplicacions controlades, limitar la transferència de soroll, ajudar a gestionar els problemes de connexió a terra i protegir equips sensibles d'algunes pertorbacions.

Els transformadors d'aïllament s'utilitzen àmpliament en laboratoris, sistemes d'equips-medicals on s'especifiquen correctament, controls industrials, bancs de proves, sistemes de dades i configuracions d'àudio o instrumentació. No són una cura de seguretat universal, però poden ser valuosos quan l'aïllament forma part d'un sistema elèctric dissenyat correctament.

La distinció important és que els transformadors d'aïllament solen tenir bobinatges primaris i secundaris separats. Aquesta separació física és la que els diferencia dels autotransformadors, que comparteixen part del bobinatge i no proporcionen el mateix tipus d'aïllament.

Els transformadors d'aïllament poden ajudar amb:

Separació d'equips sensibles de les pertorbacions-de la font

Reducció de certs tipus de soroll elèctric

Creació d'un sistema derivat per separat quan està dissenyat i instal·lat correctament

Millorar la seguretat durant les proves de banc quan s'utilitzen amb els procediments adequats

Limitació dels problemes de bucle-de terra en algunes aplicacions de mesura i àudio

No obstant això, la connexió a terra correcta, la protecció contra sobreintensitat, la selecció de tancaments i les pràctiques d'instal·lació encara són importants. Un transformador d'aïllament s'ha de seleccionar com a part d'una estratègia de seguretat i qualitat{1}}de potència completa, no com a solució-autònoma per a cada problema elèctric.

Autotransformadorsutilitzeu un sol bobinatge amb aixetes en lloc de bobinatges primaris i secundaris totalment separats. Una part del bobinatge és comuna tant a l'entrada com a la sortida. Aquest disseny pot ser més petit, més lleuger i més eficient que un transformador de dos-bobinats per a determinades relacions de conversió de voltatge.

Els transformadors automàtics s'utilitzen habitualment quan les tensions d'entrada i sortida són relativament properes i no es requereix aïllament elèctric. Alguns exemples inclouen la regulació de la tensió, l'arrencada del motor, les proves d'equips i l'adaptació de la tensió d'alimentació a una càrrega. Els transformadors automàtics variables permeten una tensió de sortida ajustable, que pot ser útil en laboratoris, treballs de manteniment i entorns de proves controlades.

El compromís és l'aïllament. Com que l'entrada i la sortida estan connectades elèctricament a través del bobinatge, no s'han d'utilitzar transformadors automàtics quan es requereixi la separació del circuit per a la seguretat, el control del soroll o el disseny del sistema. Quan es comparen els transformadors i els seus tipus, aquesta és una de les distincions més importants a recordar: els transformadors automàtics poden ser eficients i econòmics, però no substitueixen els transformadors d'aïllament.

Els transformadors reduïts-pugen i redueixen-descriuen la direcció de la tensió en lloc d'un estil físic específic. Un transformador augmenta-augmenta la tensió del primari al secundari. Un transformador reductor-redueix la tensió del primari al secundari.

Els transformadors incrementals-s'utilitzen quan l'energia elèctrica ha de viatjar de manera eficient a llargues distàncies o quan l'equip requereix una tensió superior a la del subministrament disponible. En els sistemes elèctrics, la tensió de generació sovint augmenta per a la transmissió perquè la tensió més alta redueix el corrent per a la mateixa transferència d'energia, ajudant a reduir les pèrdues de línia.

Els transformadors reductors s'utilitzen allà on s'ha de reduir la tensió per a un ús més segur o més pràctic. Els transformadors de distribució solen ser transformadors reductors-que redueixen la tensió de la xarxa pública als nivells de servei. Els transformadors de control de l'equip també redueixen la tensió per fer funcionar relés, contactors, sensors i circuits de control.

Una manera ràpida d'entendre la diferència:

Transformador ampli{0}:tensió d'entrada més baixa, tensió de sortida més alta, corrent de sortida més baixa per a una potència similar.

Transformador reductor{0}:tensió d'entrada més alta, tensió de sortida més baixa, corrent de sortida més alta per a una potència similar.

Transformador d'aïllament:es pot mantenir una tensió similar, però l'objectiu principal és la separació del circuit.

Transformador automàtic:La tensió s'ajusta amb un bobinatge compartit, normalment sense aïllament.

Els transformadors monofàsics-s'utilitzen amb sistemes elèctrics monofàsics-, que són habituals en aplicacions residencials, comercials petites, il·luminació i control. Tenen una fase primària i una fase secundària. La seva construcció és generalment més senzilla que les unitats de tres-fàsiques, tot i que les seves qualificacions i dissenys encara varien molt.

Els transformadors-trifàsics donen servei a sistemes d'alimentació trifàsiques, que són habituals en edificis comercials, instal·lacions industrials, serveis públics i motors grans. La transformació-trifàsica es pot gestionar mitjançant un transformador-trifàsic o un banc de tres transformadors-monofàsics. La millor opció depèn del disseny del sistema, les necessitats de redundància, l'espai, el cost, les pràctiques de manteniment i l'estratègia de substitució.

Els transformadors-trifàsics poden utilitzar connexions de bobinat diferents, com ara disposicions en triangle o en estrella. Aquestes connexions afecten la connexió a terra, les relacions de tensió, el comportament de falla i el rendiment harmònic. En molts sistemes-del món real, la selecció del transformador està estretament lligada a com es posa a terra i es protegeix el sistema elèctric.

diagram showing step-up, step-down, and isolation transformer winding concepts

Transformadors de tipus-secUtilitzeu aire i aïllament sòlid en lloc d'oli líquid per a la refrigeració i l'aïllament. Sovint s'instal·len a l'interior, en edificis comercials, plantes industrials i llocs on els equips plens de líquid-poden ser menys desitjables. Els transformadors de tipus sec-ventilats depenen de la circulació d'aire, mentre que els dissenys de resina-segellats o fosos ofereixen una protecció addicional en determinats entorns.

Transformadors-omples d'oliUtilitzeu líquid aïllant per ajudar a refredar els components interns i proporcionar rigidesa dielèctrica. Són habituals en aplicacions d'utilitat, a l'aire lliure i de més capacitat-. El líquid transfereix la calor lluny dels bobinatges i el nucli al dipòsit i a les superfícies de refrigeració. Algunes unitats utilitzen oli mineral, mentre que altres poden utilitzar fluids aïllants alternatius en funció dels requisits mediambientals, de seguretat-d'incendis o d'aplicació.

L'elecció entre els dissenys-de tipus sec i d'oli-depèn de la ubicació de la instal·lació, la capacitat, les consideracions contra el foc, les preferències de manteniment, l'exposició ambiental, els requisits de soroll i les normes locals. Cap dels dos dissenys és automàticament millor en tots els casos. L'opció correcta depèn de les condicions elèctriques i del lloc.

Els transformadors d'instruments redueixen el corrent o l'alta tensió a valors més segurs i estandarditzats per a comptadors, relés i equips de control. Són essencials perquè la majoria dels dispositius de mesura no es poden connectar directament a circuits d'alta-energia.

Transformadors de corrent, sovint anomenats TC, produeixen un corrent reduït proporcional al corrent que circula per un conductor. S'utilitzen per a la mesura, la retransmissió de protecció, la supervisió i la gestió de l'energia. La selecció adequada del TC inclou la relació, la classe de precisió, la càrrega, el comportament de saturació i la manipulació secundària segura.

Transformadors de tensió, també anomenats transformadors de potencial en alguns contextos, redueixen la tensió a un nivell adequat per a instruments i dispositius de protecció. Permeten que els equips de monitoratge mesuren la tensió del sistema sense exposició directa a la tensió primària completa.

Els transformadors d'instruments poden semblar petits en comparació amb els transformadors de potència o els transformadors de distribució, però tenen un paper important en la seguretat i el control del sistema. Els relés de protecció depenen de senyals precisos per detectar fallades i fer funcionar els interruptors correctament.

Més enllà de les categories principals, molts transformadors elèctrics es construeixen per a funcions específiques. Aqueststipus de transformadorses pot seleccionar quan la conversió de tensió estàndard no és suficient.

Els transformadors de control proporcionen una tensió més baixa als circuits de control de maquinària, sistemes de climatització, panells i equips d'automatització. Estan dissenyats per gestionar l'entrada de relés, contactors, solenoides i altres dispositius de control. La tensió de control fiable ajuda l'equip a arrencar, aturar-se i respondre de manera coherent.

Els transformadors toroidals utilitzen un nucli-en forma d'anell. Poden ser compactes i poden produir camps magnètics dispersos més baixos que algunes formes de nucli tradicionals quan es dissenyen correctament. Són habituals en electrònica, equips d'àudio i fonts d'alimentació especialitzades.

Buck-Transformadors boostfer petits ajustos de tensió cap amunt o cap avall. Són útils quan la tensió d'alimentació és massa alta o massa baixa per als requisits de l'equip. En moltes aplicacions, ofereixen una alternativa pràctica per substituir una infraestructura elèctrica més gran.

Posar a terra transformadorsproporcionar una referència a terra per als sistemes que d'altra manera no en manquen, com ara determinats sistemes connectats-delta. Ajuden a la detecció de-avaries a terra i a l'estabilització del sistema quan estan dissenyats correctament.

Heu de triar entre els tipus de transformadors començant per la càrrega, la tensió, les necessitats d'aïllament, l'entorn, el cicle de treball i els requisits de seguretat. El millor transformador no és simplement l'opció més gran o més rica en funcions-; és el que s'adapta al sistema elèctric i a les condicions d'instal·lació sense complexitat innecessària.

Un procés de selecció pràctic inclou:

Definir la tensió primària i secundària.Confirmeu la tensió d'alimentació, la tensió de sortida necessària, la freqüència i si el sistema és monofàsic-o trifàsic-.

Calcula la capacitat necessària.Determineu el corrent de càrrega, la potència aparent, el corrent d'arrencada, la demanda contínua i qualsevol creixement de càrrega futur esperat.

Identificar la finalitat.Decidiu si la prioritat és la conversió de tensió, l'aïllament, la distribució, la mesura, la potència de control, la connexió a terra o la regulació.

Comproveu els requisits d'aïllament.Utilitzeu transformadors d'aïllament quan es requereixi una separació elèctrica. No suposeu que els transformadors automàtics proporcionen aïllament.

Coincidir amb l'entorn.Penseu en la instal·lació a l'interior o a l'exterior, la ventilació, la humitat, la pols, la temperatura, la corrosió, el soroll i l'espai disponible.

Revisar les necessitats de protecció.Coordineu els fusibles, els interruptors, la connexió a terra, la protecció contra sobretensions i la configuració del relé amb el disseny del transformador.

Considereu l'eficiència i les pèrdues.Avalueu el perfil de funcionament, el patró de càrrega, les pèrdues sense-càrrega i la gestió de la calor.

Pla d'instal·lació i manteniment.Inclou l'accés, l'aixecament, les autoritzacions, la inspecció, les proves i la substitució futura.

Aquesta llista de verificació ajuda a reduir els molts tipus de transformadors en un conjunt més petit d'opcions realistes.

Els transformadors són fiables quan es seleccionen i es mantenen correctament, però encara requereixen respecte. La mida inadequada, la mala ventilació, les connexions soltes, la intrusió d'humitat, els circuits sobrecarregats i la connexió a terra incorrecta poden provocar un sobreescalfament, desplaçaments molests, danys a l'aïllament o condicions insegures.

La instal·lació ha de seguir els codis aplicables, les instruccions del fabricant i les instruccions d'enginyeria o elèctrica qualificades. Els detalls importants inclouen la mida del conductor, la protecció contra sobreintensitat, la connexió, la connexió a terra, la classificació del tancament, les separacions, els requisits sísmics o de muntatge i la ventilació. Els transformadors també generen calor i so, de manera que la ubicació pot afectar la comoditat i la fiabilitat.

Les necessitats de manteniment varien segons el disseny. Els transformadors de tipus sec-poden requerir neteja, comprovacions de connexió, inspecció tèrmica i revisió de la ventilació.

Els transformadors-omples d'oli poden requerir proves de fluids, comprovacions de fuites, inspecció de buides, control de temperatura i revisió del dispositiu de protecció.

Els transformadors d'instruments i els transformadors de control també s'han de comprovar com a part del manteniment més ampli del sistema.

Els signes d'alerta que mereixen atenció inclouen:

Taral·leig inusual,brunzit, o vibració

Excés de calor o decoloració

Olors de cremades o danys visibles a l'aïllament

Fuites d'oli a les unitats-omples de líquid

Funcionament repetit de fusible o interruptor

Corrosió, humitat o contaminació

Lectures inexactes del comptador o alarmes de relé

Quan apareixen aquests problemes, la resposta més segura és implicar personal qualificat en lloc de tractar el transformador com un simple accessori reemplaçable.

Hi ha diferents tipus de transformadors perquè els sistemes elèctrics tenen necessitats diferents. Els transformadors de potència mouen grans quantitats d'energia a través de xarxes d'alta-tensió. Els transformadors de distribució redueixen la tensió per a l'ús diari. Els transformadors d'aïllament separen els circuits per a la seguretat, la reducció del soroll o el disseny del sistema. Els transformadors automàtics ajusten la tensió de manera eficient quan no es requereix aïllament.

Altres categories afinen l'elecció. Els transformadors reduïts-pugen i redueixen-descriuen la direcció de la tensió. Els transformadors monofàsics i trifàsics coincideixen amb el sistema elèctric. Els transformadors-de tipus sec i plens d'oli-aborden l'entorn de construcció, refrigeració i instal·lació. Els transformadors d'instruments admeten mesurament i protecció.

Si recordeu una regla, feu-la així: definiu la feina abans de triar el transformador. La tensió, la càrrega, la fase, l'aïllament, el medi ambient, l'eficiència, la protecció i el manteniment configuren la decisió correcta. Amb aquests fonaments establerts, els molts tipus de transformadors són més fàcils d'entendre, comparar i aplicar de manera segura.

Contacta ara

P: Quan aviat podeu lliurar el transformador?

R: Depèn de la quantitat i capacitat del transformador, normalment en el termini d'un mes des de la data de dibuix confirmada pel comprador.

P: Quant de temps podeu oferir la garantia de qualitat?

R: 24 mesos des que el transformador de data va funcionar.

P: Quin mètode de pagament accepteu?

R: Es prefereix T/T (transferència bancària), s'accepten tots dos L/C.