Diferentes tipos de núcleos de transformadores explicados

El transformador se fabrica según el principio de inducción electromagnética. El núcleo es el esqueleto y el circuito magnético del transformador. Su función es actuar como medio para la conversión de energía. Mediante la combinación del núcleo y el número de espiras de los devanados, la tensión de salida del transformador puede reducirse o elevarse.

Según los diferentes procesos de fabricación, estructuras y materiales, existen distintos tipos de núcleos de transformadores. Hoy, Isabel, ingeniera de Jinan Omek Electric Power Co., Ltd., ha resumido para usted la clasificación estandarizada de los núcleos, con el fin de ayudarle a comprenderlos y seleccionarlos mejor.

Según la estructura

¿Por qué los transformadores se fabrican con núcleos de diferentes estructuras? Esta es una buena pregunta. Actualmente, existen dos tipos estructurales principales de núcleos en el mercado: el tipo núcleo y el tipo acorazado. Estos tipos no se diseñan de forma aleatoria, sino de acuerdo con los requisitos de rendimiento del transformador, el entorno de uso y las necesidades de disipación térmica.

(1) Núcleo tipo acorazado

La sección transversal de este núcleo suele ser rectangular. Cada columna del núcleo tiene dos yugos laterales. Como el núcleo rodea los devanados y parece una carcasa exterior, se denomina tipo acorazado.
Los núcleos tipo acorazado requieren menos especificaciones de láminas y son fáciles de sujetar. Los yugos laterales ayudan a reducir las pérdidas adicionales causadas por el flujo de dispersión.

Los núcleos tipo acorazado también pueden ser monofásicos o trifásicos. El tipo acorazado trifásico puede considerarse como tres transformadores monofásicos tipo acorazado independientes colocados uno al lado del otro.
Sin embargo, los núcleos tipo acorazado tienen una desventaja importante. Como los devanados están rodeados por el núcleo, los canales de disipación térmica quedan bloqueados, lo que dificulta la salida del calor. Por ello, no son adecuados para fabricar modelos de gran capacidad y alta potencia.

(2) Núcleo tipo columna

La estructura del transformador tipo columna tiene una sección transversal cilíndrica escalonada, y los devanados se enrollan alrededor de la columna del núcleo. Por eso se denomina tipo columna, también conocido como tipo de hierro interior.

Este tipo de núcleo requiere una mayor variedad de especificaciones de láminas y mayores exigencias en cuanto a amarre y sujeción. Sin embargo, los devanados son cilíndricos, lo que facilita el bobinado y ofrece buena estabilidad frente a cortocircuitos.

Además, el aislamiento entre los devanados y el núcleo también es fácil de tratar, por lo que este tipo de estructura se utiliza ampliamente.

Gracias a este diseño, los devanados quedan expuestos y el calor generado puede disiparse fácilmente, lo que lo hace adecuado para transmisión de alta potencia y operación continua a plena carga durante largos períodos.

Si desea conocer las diferencias entre los transformadores tipo acorazado y tipo columna, incluidas sus respectivas ventajas, aplicaciones y diagramas, este artículo le proporcionará información más detallada.

Según la tecnología de procesamiento

Para núcleos de hierro con el mismo material y estructura, si las técnicas de procesamiento son diferentes, las pérdidas finales, el ruido y la continuidad del circuito magnético también serán muy diferentes. Actualmente, OMEK Power cuenta con las siguientes tres principales tecnologías de procesamiento, que también son las técnicas más comunes en el mercado.

Núcleo de hierro laminado tradicional

Esta es la técnica de procesamiento de núcleos de hierro más clásica y madura. Las láminas de acero al silicio se cortan en formas estándar y se ensamblan capa por capa en un patrón alternado. ¿Por qué se ensamblan de forma alternada? Porque este método genera menores espacios entre las láminas de acero al silicio y una menor reluctancia magnética, lo que favorece el aumento del flujo magnético.

Núcleo de hierro enrollado plano

El transformador con núcleo de hierro enrollado plano se fabrica mediante el enrollado continuo de láminas de acero al silicio. El núcleo de hierro no presenta uniones, lo que reduce considerablemente la reluctancia magnética, y la corriente en vacío puede reducirse entre un 60 % y un 80 %. El enrollado continuo aprovecha plenamente la orientación de las láminas de acero al silicio, reduciendo las pérdidas en vacío entre un 20 % y un 35 %. Después del recocido del núcleo de hierro, su conductividad magnética puede recuperar el nivel original anterior al mecanizado.

Núcleo de hierro enrollado 3D

El transformador con núcleo de hierro enrollado 3D también es un transformador de potencia de ahorro energético. Su circuito magnético trifásico es completamente simétrico, y la corriente en vacío de las tres fases está totalmente equilibrada. La dirección de magnetización del núcleo enrollado 3D es completamente consistente con la dirección de laminación de las láminas de acero al silicio. No existen juntas superpuestas entre las capas del núcleo, la distribución del flujo magnético es uniforme en todo el circuito magnético, y no hay zonas evidentes de alta reluctancia ni distorsión de la densidad de flujo magnético en las áreas de unión.

Según los materiales magnéticamente conductores

El material del núcleo determina directamente las pérdidas, la compatibilidad de frecuencia, el costo y la vida útil del transformador.

Lámina de acero al silicio (LAMINACIÓN)

El material de núcleo más común en los transformadores es la lámina de acero al silicio. Esto se debe a que el acero al silicio tiene buenas propiedades magnéticas y bajas pérdidas de hierro.

Según el contenido de silicio, las láminas de acero al silicio pueden clasificarse en acero de bajo silicio y acero de alto silicio. El contenido de silicio de las láminas de bajo silicio suele ser inferior al 0,5 %, mientras que el de las láminas de alto silicio se encuentra entre el 0,5 % y el 4,5 %.

According to the different silicon content, silicon steel sheets can be classified as low silicon steel and high silicon steel. The silicon content of low silicon steel sheets is generally below 0.5%, while that of high silicon steel sheets is between 0.5% and 4.5%.

Las láminas de acero de alto silicio presentan mayor permeabilidad magnética, pero su resistencia mecánica y tenacidad son inferiores. Por lo tanto, en aplicaciones reales, se debe seleccionar el tipo adecuado de lámina de acero al silicio según los requisitos específicos del transformador.

El núcleo fabricado con láminas de acero al silicio puede dividirse en diferentes formas: tipo EI, tipo UI, tipo C y tipo marco.

Núcleo de aleación amorfa

Además de la lámina de acero al silicio, los materiales de núcleo de los transformadores también incluyen la aleación amorfa. La aleación amorfa presenta pérdidas de hierro extremadamente bajas y un excelente rendimiento a altas frecuencias.

Los transformadores de aleación amorfa son transformadores de ahorro energético. Tomando como ejemplo la aleación amorfa a base de hierro, esta presenta características como alta permeabilidad magnética, baja fuerza coercitiva, alta densidad de inducción magnética de saturación, bajas pérdidas por histéresis magnética y bajas pérdidas por corrientes parásitas.

Sus pérdidas en vacío son solo entre 1/5 y 1/3 de las de un núcleo convencional de láminas de acero al silicio, con un efecto de ahorro energético sobresaliente.

¿Qué tipo de núcleo de transformador es el más eficiente?

Para evaluar la eficiencia de un núcleo de transformador, los aspectos más importantes son las pérdidas en vacío y las pérdidas en carga. Cuanto menores sean las pérdidas totales, mayor será la eficiencia. Como empresa con 20 años de experiencia en la fabricación de transformadores, podemos afirmar con seguridad que, entre todos los tipos de núcleos de transformadores, el núcleo enrollado 3D de aleación amorfa es el tipo más eficiente, seguido por el núcleo enrollado 3D de acero al silicio.

La primera razón es que las pérdidas en vacío del material de aleación amorfa son solo entre 1/3 y 1/5 de las del acero al silicio convencional.

La segunda razón es que el diseño estructural del núcleo enrollado 3D garantiza una trayectoria magnética continua y una simetría completa del circuito magnético trifásico, reduciendo así las pérdidas durante la operación.

La combinación de estas dos ventajas convierte al núcleo enrollado 3D de aleación amorfa en la solución más eficiente energéticamente para transformadores de distribución de bajo consumo en la actualidad.