Qué es un devanado de transformador: Diseño y clasificación de los devanados

El bobinado del transformador es la pieza clave del aparato por la que circula la corriente eléctrica, creando el campo magnético necesario para la transformación de la energía. Está formado por muchas espiras, que pueden ser de alambre de cobre o aluminio. El bobinado es el elemento principal a través del cual se transfiere la energía de una bobina a otra, creando una tensión eléctrica en el circuito correspondiente. Un transformador puede tener varios devanados: primario (entrada) y secundario (salida), que se disponen sobre un núcleo magnético. Los devanados proporcionan la variación de tensión y corriente necesaria para el funcionamiento eficaz de los sistemas eléctricos.

Diseño del devanado del transformador

El diseño del bobinado del transformador implica varios aspectos importantes, como la disposición del conductor, el número de vueltas, el método de colocación y el tipo de aislamiento. El primer paso es seleccionar el conductor, que puede ser redondo o plano, según el diseño del transformador. El bobinado debe diseñarse para maximizar la refrigeración, la estabilidad y la fiabilidad.

Las principales características del bobinado:

• Número de vueltas: determina la tensión que se induce en el devanado.
• Tipo de conductor: puede ser de cobre o aluminio, lo que influye en la conductividad y el coste.
• Método de bobinado: El bobinado puede ser de varias capas o de una sola capa, según el tipo de transformador y su capacidad.
• Aislamiento: se utiliza para evitar cortocircuitos entre bobinas y garantizar la seguridad.

El devanado del transformador también debe diseñarse para minimizar las pérdidas de energía y optimizar los procesos de refrigeración. Es importante tener en cuenta la resistencia mecánica de los materiales para que puedan soportar diversas cargas y evitar daños durante el funcionamiento del aparato.

Clasificación de los devanados de los transformadores

Existen varios tipos de bobinados, que se clasifican según su diseño y finalidad:

1. Bobinado cilíndrico monocapa y multicapa

   • Ventajas: Fácil de fabricar y buena disipación del calor.
   • Desventajas: Baja resistencia mecánica.

2. Bobinado cilíndrico multicapa con hilo plano

   • Ventajas: Fácil proceso de producción, buena rellenabilidad del núcleo magnético.
   • Desventajas: Área de disipación de calor reducida en comparación con los devanados con canales de refrigeración radiales.

3. Bobinado cilíndrico multicapa con alambre redondo

   • Ventajas: Facilidad de producción.
   • Desventajas: La resistencia mecánica se deteriora con el aumento de la potencia, las propiedades de transferencia de calor se reducen.

4. Devanados planos (bifilares y multifilares)

   • Ventajas: Alta resistencia mecánica, buena refrigeración y aislamiento fiable.
   • Desventajas: Mayor coste en comparación con los bobinados cilíndricos.

5. Bobinado continuo con hilo plano

   • Ventajas: Alta resistencia mecánica y eléctrica, buena transferencia de calor.
   • Desventajas: Requiere reajuste cuando se enrolla media bobina.

6. Bobinados con papel de aluminio

   • Ventajas: Buen relleno del núcleo magnético, alta resistencia mecánica.
   • Desventajas: Complejo proceso de fabricación de bobinados de alta tensión.

Por tanto, la elección del tipo de devanado depende de muchos factores, como los requisitos de potencia del transformador, el tipo de refrigeración, el uso previsto y el coste.

En función de su finalidad y aplicación, los transformadores pueden utilizar diferentes diseños de bobinado optimizados para condiciones de funcionamiento específicas. En Rusia se fabrican varios tipos de transformadores, cada uno con sus propios requisitos de bobinado en función de su finalidad, capacidad y clase de tensión. Veamos varios tipos de transformadores y sus devanados correspondientes:

1. Transformadores de potencia (baja, media y alta tensión)

Transformadores de potencia se utilizan ampliamente en los sistemas de energía para convertir la alta tensión en baja tensión y viceversa. Estos transformadores se caracterizan por bobinados que pueden ser de conductores planos o redondos, según el tipo de transformador.

• Bobinados para transformadores de potencia: bobinados cilíndricos multicapa con alambre plano o redondo. Deben tener buenas propiedades de intercambio térmico, alta resistencia mecánica y aislamiento fiable.

• Capacidades y tensionesDe 10 kVA a 500 MVA, con tensiones de funcionamiento de 6 kV a 220 kV.

2. Transformadores de distribución

Transformadores de distribución se utilizan para transmitir y distribuir electricidad en complejos industriales y residenciales. Estos dispositivos suelen funcionar a tensiones más bajas y tienen menor capacidad que los transformadores de potencia.

• Devanados para transformadores de distribución: bobinados cilíndricos monocapa y multicapa con hilo plano. Estos transformadores también utilizan bobinados planos con conductores rectos, que ayudan a refrigerar la unidad de forma eficiente.

• Capacidades y tensionesde 10 a 1600 kVA, con tensiones de funcionamiento de 6 (10) kV a 35 kV.

3. Transformadores para ferrocarriles (transformadores ferroviarios)

Los transformadores ferroviarios son esenciales para alimentar las líneas de ferrocarril y las subestaciones. Deben ser muy fiables y resistentes a las influencias externas.

• Bobinados para transformadores ferroviarios: por regla general, se utilizan bobinados multicapa con alambres planos y un alto nivel de resistencia mecánica, ya que funcionan en condiciones extremas.

• Capacidades y tensionesDe 25 kVA a 1000 kVA, con tensiones de funcionamiento de hasta 35 kV.

4. Transformadores para fines especiales (por ejemplo, proyectos solares y piscícolas)

Estos transformadores se utilizan en proyectos específicos, como centrales solares y proyectos de integración de paneles solares con la acuicultura (por ejemplo, para un suministro eléctrico sostenible).

• Bobinados para transformadores especiales: pueden fabricarse utilizando bobinados cilíndricos multicapa con papel de aluminio para mejorar la transferencia de calor y la resistencia mecánica.

• Capacidades y tensiones: varían en función de la aplicación y pueden ir de 10 kVA a 5000 kVA, con tensiones de funcionamiento de 6 kV a 220 kV.

5. Transformadores para líneas de alta tensión y subestaciones

Transformadores de alta tensiónque se utilizan para la transmisión y distribución de energía eléctrica a grandes distancias, requieren diseños de bobinados muy precisos y fiables para funcionar a altas tensiones.

• Bobinados para transformadores de alta tensión: bobinados cilíndricos multicapa con foiling, que proporcionan un buen relleno del núcleo magnético y una mayor resistencia mecánica.

• Capacidades y tensionesde 100 kVA a 5000 kVA, con tensiones de funcionamiento de 110 kV a 220 kV.

Conclusión

En Rusia se utilizan muchos tipos diferentes de transformadores, cada uno de los cuales requiere un diseño de bobinado específico en función de las condiciones de funcionamiento y la finalidad. Los bobinados utilizados pueden estar hechos con diferentes conductores, como hilos de cobre y aluminio, y pueden fabricarse en configuraciones de una o varias capas. También es importante tener en cuenta las propiedades mecánicas y eléctricas de los devanados para garantizar la fiabilidad y durabilidad del transformador en diferentes condiciones.