Transformadores monofásicos acorazados ABB (móviles)
La
fabricación del circuito magnético se compone de varias etapas; primeramente se
obtienen a partir de un rollo de chapa “madre” tiras de distinto ancho que
conformaran las piezas para a partir de ellas fabricar las chapas de columnas y
culatas en sus distintos anchos.
Posteriormente,
a partir de estas tiras, se cortan las distintas chapas (longitud y forma) y se
clasifican según forma y dimensiones, para finalmente en un dispositivo
especial llamado “mesa de apilado” ir formando horizontalmente el circuito
magnético, columnas y culata inferior. Una vez sujetas éstas mediantes las
piezas de apriete de culata y zunchos de material especial, se procede al levantamiento
del circuito magnético quedando éste dispuesto para el montaje de las bobinas.
TRANSFORMADORES
CON NÚCLEO MAGNÉTICO DE “COLUMNAS”
Los
circuitos magnéticos de los transformadores denominados de “columnas” están
formados por las columnas ó núcleos, activos ó de retorno del flujo magnético y
las culatas superior e inferior, piezas estas que sirven de enlace y cierre del
flujo magnético entre las columnas.
En
el circuito magnético (de columnas) de los
transformadores trifásicos, la columna central es generalmente, con relación a la densidad de
flujo, menor que las externas, lo cual provoca desequilibrios y armónicos en la
corriente de excitación (en vacío), si bien no suelen afectar cuando el
transformador funciona en carga.
Una
vez colocadas las bobinas en sus núcleos, se procede al acoplamiento de las
chapas que forman la culata superior.
Las
dimensiones del circuito magnético dependen de la tensión y del nivel de corriente
en los arrollamientos, por tanto, de la potencia del transformador. Para una
misma potencia, depende, de forma
importante, del valor fijado por la tensión de cortocircuito. Si la ucc %
(tensión de cortocircuito en %) disminuye, las dimensiones del circuito
magnético, y por tanto del transformador, aumentan y viceversa.
Ver post: “Influencia
de la tensión de cortocircuito sobre el dimensionado de un transformador y la
red que alimenta” en el siguiente link:
Las Chapas:
Para disminuir
las pérdidas por corrientes de Foucault, el circuito magnético está formado de
un conjunto de chapas aisladas de pequeño espesor. La calidad de las chapas es
determinante en el nivel de pérdidas en el hierro (o en vacío) y por tanto, en
el precio de retorno del transformador y su coste de capitalización.
Para B = 1,7 Tesla; Phierro = 1 W/kg
(B = inducción)
En los núcleos,
las chapas se ensamblan escalonadamente con objeto de conseguir, lo más
aproximadamente posible, una superficie transversal circular en el interior de
los bobinados. En las culatas, los escalones forman un semicírculo.
Sección transversal escalonada
de los núcleos magnéticos de columnas
Las juntas:
La calidad del circuito
magnético depende también del cuidado proporcionado en la realización de las
juntas entre el núcleos y culatas. La permeabilidad del aire es muy inferior a
la del hierro, un menor entrehierro, supone un fuerte aumento de la reluctancia
y por tanto, de la corriente magnetizante. Las chapas están formadas por
cristales orientados, que tienen la ventaja de conducir el flujo en el sentido de
la laminación. Por estas razones, se intercalan las chapas de las culatas con
las chapas de de los núcleos.
Según el tipo de chapa, µr
puede variar entre 1000 y 5000
oooOOOooo
Recordatorio de
electromagnetismo
Una corriente que circula por un
cable produce un campo magnético H. En un material, la densidad de flujo
magnético B, depende de H y de la permeabilidad µ de los materiales.
µr es la
permeabilidad relativa del material con relación a la del vacío µ0.
La reluctancia R de un circuito magnético depende de sus dimensiones y de su
permeabilidad. Esta debe ser mucho más pequeña que la del aire para poder
canalizar las líneas del campo magnético.
l = longitud
del circuito magnético
S = sección del
circuito magnético
µ0 =
permeabilidad del vacío
µr
= permeabilidad relativa
oooOOOooo
La
chapa magnética que se utiliza actualmente está compuesta de acero al silicio
laminado en frío de grano orientado, con espesores de 0,3-0,23 y 0,21 mm (según
la calidad de la chapa).
Químicamente
se tratan las superficies con objeto de dotarlas de una capa aislante muy
delgada (< 4µ) para aislarlas entre sí y evitar el contacto entre ellas unas
vez apiladas para formar los paquetes o escalones. En ciertas calidades se ha
realizado un tratamiento con láser.
Los extremos de las chapas se cortan en ángulo
de 45º con objeto de minimizar las pérdidas en las uniones entre columnas y
culatas (entrehierros); generalmente se apilan de 3 en 3 chapas y para obtener
una buena resistencia mecánica se suelen disponer con dos solapes ó
modernamente con
solapes múltiples (step lap).
Solape múltiple step lap y
bulones de apriete del núcleo
El método de
apilado múltiple “step-lap” incrementa la eficiencia de la unión, acortando el
solape, lo que reduce las pérdidas del núcleo, la corriente de excitación y el
nivel de ruido.
Ventajas del corte del núcleo apilado en 45º del
tipo “Step-Lap”
1.
Reducción de hasta el 40% de la corriente de excitación
2.
Reducción del nivel de ruido hasta 3 db
3.
Reducción de las pérdidas en vacío hasta el 10%.
La rigidez mecánica de las columnas se obtiene en
máquinas de mediana y gran potencia mediante placas de presión y tornillos
pasantes AISLADOS con manguitos de papel bakelizado ya que de no ser así se
producirían calentamientos por dispersión de flujos que podrían poner en
peligro la vida del transformador al producirse una elevación de temperatura
motivada por pérdidas suplementarias.
TRANSFORMADORES
CON NÚCLEO MAGNÉTICO “ACORAZADO”
El
proceso de fabricación es exactamente el mismo que en los transformadores de
“columnas”, la diferencia fundamental estriba en que en los transformadores
“acorazados” el circuito magnético se apila en la última etapa del montaje, es
decir una vez caladas las fases en la parte inferior de la cuba.
Los
circuitos magnéticos de éstos transformadores presentan diferencias muy
notables respecto de los de “Columnas”. La sección transversal es rectangular
en lugar de escalonada, es decir dentro de una misma columna o culata, las
chapas tiene todas la misma anchura.
Los
transformadores monofásicos acorazados de gran potencia suelen tener gran
altura que generalmente rebasa el gálibo de transporte, por lo que una
característica muy apreciada del transformador monofásico “acorazado” es la de
permitir su vuelco, transformándose durante esa etapa la altura del
transformador en longitud con lo cual queda resuelto el problema.
Los
transformadores trifásicos “acorazados” se denominan de “flujo libre” a
diferencia de los de “columnas” que se denominan de “flujo ligado”, esto es
debido a que en realidad un transformador trifásico “acorazado” está compuesto
por tres transformadores monofásicos con ciertos elementos del circuito
magnético comunes y dentro de una sola cuba.
Comparación entre transformadores tipo “columnas” y “acorazados”
El transformador “ACORAZADO”:
1.
Presenta mejor resistencia a los esfuerzos de cortocircuito, por su
estructura más compacta.
1.
Mayor flexibilidad para conseguir combinaciones de impedancias en el
caso de 3 arrollamientos.
2.
Menores pérdidas totales a plena carga.
3.
Mayor costo en potencias hasta 100 MVA.
4.
Mayor coste de reparación.
Ejemplo:
Ejemplo:
(Autotransformador 450 MVA,
400/132±10% kV, Ucc = 12%)
Para
saber más:
El núcleo o circuito magnético de los
transformadores
El problema del ruido en los Centros de
Transformación (CT’s)
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