1.- Bobinado clásico con hilo redondo
2.- Bobinado clásico con conductores planos
3.- Bobinado con plancha de aluminio
a.- aislamiento de los hilos
b.- aislamiento de las capas
Figura 1: Bobinados clásicos y bobinados con
plancha de aluminio
Esto es especialmente cierto para los devanados de baja tensión donde las láminas de aluminio se extienden a lo ancho del devanado. Para los bobinados de alta tensión y baja corriente, la plancha de aluminio es muy delgada por lo que el coeficiente de llenado se deteriora. En tales casos, a menudo es preferible enrollar conductores redondos de aluminio o incluso de cobre, en capas superpuestas, o bien, utilizar bandas de aluminio cuando la corriente es más elevada. La figura 2 muestra los devanados de aluminio, a saber: a la izquierda, un devanado de baja tensión con chapas de aluminio, a la derecha, un devanado de alta tensión con conductores redondos de aluminio (para bajas intensidades), enrollados en el aislamiento principal y directamente en el devanado de baja tensión, abajo, devanado de alta tensión en bandas de aluminio terminado (para altas intensidades). En la figura 3 puede observarse la construcción del bobinado de alta tensión solapándose con el aislamiento de cada banda de aluminio.
Figura 2
Figura 3
Las espiras o bandas de un bobinado de aluminio pueden aislarse unas de otras de muchas formas. El aislamiento puede ser muy delgado, porque entre ellas solo existe la tensión por espira. Sin embargo, es necesario que en los bordes, es decir en las aristas de cada plancha, el aislamiento tenga, desde un punto de vista eléctrico y mecánico, el mismo valor que en el interior del arrollamiento. Se debe prestar especial atención a la rigidez dieléctrica, en las caras laterales de la bobina. La forma más sencilla es utilizar papel para el aislamiento de las capas. El papel es sólido y barato y permite resolver el problema de los bordes con un ligero rebasamiento de las aristas de las planchas en el sentido axial. Sin embargo, el papel, al ser grueso, sólo es adecuado para espesores de hoja relativamente grandes, es decir, especialmente para bobinados de baja tensión. Para planchas más delgadas, es necesario adoptar un aislamiento de menor espesor. Para ello, se puede utilizar un barniz o impregnación de resina (Figura 4). Pero el espinoso problema de los bordes no desaparece.
Figura 4
Una
bobina aislada de esta forma es muy sensible a los daños mecánicos, se
recomienda impregnar minuciosamente los bordes, total o parcialmente, con
resina. La bobina de aluminio así preparada es especialmente adecuada para
transformadores secos (sin aceite). También se puede conseguir un aislamiento
de espiras muy finas mediante láminas sintéticas.
También
se obtiene muy buen aislamiento mediante la oxidación anódica de la superficie de
la banda de aluminio. La capa de óxido obtenida tiene una alta rigidez
dieléctrica y mayor estabilidad a la temperatura que el aluminio. El alto costo
de este aislamiento solo se justifica si la resistencia a altas temperaturas es
importante, por ejemplo, para transformadores secos con altas temperaturas de servicio.
Considerando las fuerzas que aparecen en una bobina de banda de aluminio durante un cortocircuito, se puede observar un efecto muy favorable en todo el ancho de la bobina con respecto a las fuerzas axiales. Estas fuerzas apenas aparecen, porque el equilibrio de los amperios-vueltas con respecto a los demás devanados se puede ajustar de forma independiente. Con el bobinado de planchas, la compensación axial del bobinado en espiral ya no es necesaria. Con grandes secciones de conductores, esta compensación puede conducir a una fuerte asimetría axial y, por lo tanto, a fuerzas axiales adicionales (Fig. 5).
1.- devanado de alta tensión
2.- devanado de baja tensión en espiral
3.- devanado de baja tensión en banda (planchas de
aluminio)
F.- Fuerzas axiales
Figura 5.- Comparación de un devanado de baja
tensión, en espiral, bajo la actuación de fuerzas axiales, con un devanado de
baja tensión en bandas de aluminio no aparecen fuerzas axiales.
El
bobinado de planchas de aluminio también tiene ventajas en términos de
calentamiento y enfriamiento, las hojas superpuestas tienen, debido a su
aislamiento muy delgado, una gran superficie de contacto común que, por un
lado, asegura una buena disipación del calor en el sentido radial y, por otro
lado, evita la formación de calor en determinados puntos. El problema de los
puntos calientes casi desaparece por completo. Durante fuertes sobrecargas de
corta duración, la evacuación del calor disipado se realiza rápidamente.
Las
sobretensiones a la que se somete un arrollamiento de plancha de aluminio es
muy favorable, ya que solo se manifiesta la tensión por espira entre dos capas;
por otro lado la fuerte capacidad de acoplamiento, entre las diferentes capas,
permite una repartición casi lineal de la tensión durante la aparición de ondas
de frente muy escapado.
La
construcción de un bobinado de plancha o banda es más sencilla y rápida que la
de un bobinado convencional. La plancha simplemente se enrolla con su
aislamiento. Todo el proceso de bobinado se limita a un movimiento de rotación,
se eliminan los trabajos y movimientos en dirección axial. Es posible la
automatización del proceso de bobinado.
Técnicas de ensamblado del aluminio
y de la banda de aluminio
La
realización de contactos entre conductores de aluminio precisa cuidados
especiales;
También
es necesario estar muy atento a la elaboración de contactos entre un conductor
y una plancha o banda.
Los
conductores de aluminio grueso se pueden remachar fácilmente. Especialmente en
conductores de conexión de alta corriente. Con los contactos obtenidos mediante
remaches, si la presión o la tracción son demasiado grandes, el aluminio se
deforma. Por lo tanto, con contactos remachados, se debe tener cuidado de que
la presión de sujeción no sea demasiado grande. Se recomienda utilizar
elementos intermedios a resorte (arandelas cóncavas). Para tener una superficie
de contacto limpia, es importante primero tratarla. Un contacto remachado
garantiza una gran solidez, un montaje rápido y una buena conductividad. Se
pueden conectar conjuntos de conductores de diferentes espesores. Este
principio también hace posible combinar conductores de aluminio y cobre, con la
condición de que estén sumergidos en aceite.
La
soldadura en una atmósfera controlada de gas inerte (TIG) da muy buenos
resultados, por ejemplo al producir con una corriente alterna un arco entre un
electrodo de tungsteno refractario y la pieza a trabajar. El baño de fusión
está protegido contra la oxidación por una envolvente de un gas raro que fluye
alrededor del electrodo. El metal de aportación se suministra mediante varillas
metálicas. Los procesos de soldadura con gas protector y electrodos fusibles
son muy conocidos. Si las planchas no son demasiado delgadas, se pueden soldar
rápidamente y bien. La soldadura autógena también se utiliza para el aluminio.
Sin embargo, se requiere cierta habilidad para evitar perforaciones causadas por
el metal fundido.
Figura 6.- Soldadura TIG de un terminal a la banda de
aluminio de baja tensión
La
soldadura blanda no es adecuada para ensamblar piezas de aluminio, sin embargo,
ocasionalmente se utiliza.
La
soldadura en frío es uno de los métodos de ensamblaje. Al hacer que el material
fluya por presión en un punto concreto, se logra una soldadura perfecta. Este
método funciona muy bien con planchas bastante delgadas; incluso es posible,
utilizando capas intermedias de pequeñas láminas de Eloxal, ensamblar planchas
o bandas de aluminio con perfiles de cobre (p. ej. para las conexiones). La
gran ventaja de este proceso es que no se produce calor.
PARA
SABER MÁS:
“Bobinados de aluminio en transformadores” en el siguiente link:
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/09/bobinados-de-aluminio-en-transformadores.html
Devanados de Transformadores (Parte
1ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2016/12/devanados-de-transformadores-parte-1.html
No hay comentarios:
Publicar un comentario