Trasformatori di potenza: principio di funzionamento, classificazione e raccomandazioni per la selezione

Che cos'è un trasformatore di potenza?

Il trasformatore di potenza è un dispositivo elettromeccanico che trova un'ampia gamma di applicazioni, tra cui quelle domestiche, di energia elettrica, di radioelettronica e di radiotecnica. La sua funzione principale è quella di trasferire l'elettricità tra circuiti diversi per induzione magnetica, modificando il livello di tensione secondo le necessità. I trasformatori di potenza soddisfano vari requisiti di trasmissione di energia convertendo la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione, mantenendo una frequenza di corrente stabile.

I trasformatori sono i dispositivi elettrici più comuni nell'industria e nella vita quotidiana. La loro funzione principale è quella di ridurre o aumentare la tensione tra la fonte di alimentazione e l'utenza, a seconda dei requisiti del carico. I trasformatori sono anche ampiamente utilizzati nei circuiti elettrici per convertire la corrente alternata in corrente continua. Modificando la tensione, i trasformatori di potenza possono trasmettere efficacemente l'elettricità e garantire un funzionamento stabile del sistema di alimentazione.

Trasformatore di potenza ad olio Evernew Transformer

Quali elementi comprende un trasformatore di alimentazione?

Il design dell'alimentatore a trasformatore comprende uno o più avvolgimenti individuali che si trovano nello stesso flusso magnetico e sono avvolti su un nucleo magnetico in materiale ferromagnetico.

I componenti principali di un trasformatore di potenza:

  • Corpo (telaio);
  • Avvolgimenti;
  • Circuito magnetico;
  • Condotte e connessioni;
  • Isolamento;
  • Regolazione della tensione;
  • Sistema di raffreddamento;
  • Accessori opzionali.

Magnetocoppia serve a restituire il flusso magnetico e presenta una resistenza al flusso magnetico ridotta. Gli avvolgimenti sono costituiti da due tipi di conduttori in alluminio. L'avvolgimento primario riceve la corrente da una sorgente esterna e l'avvolgimento secondario provvede alla riduzione della tensione. Ciascun avvolgimento è costituito da elementi trifase collegati in un circuito a stella, a triangolo, a dente di sega o a Z.

Conclusioni sono utilizzati per fornire corrente al trasformatore. A seconda del tipo di trasformatore, i terminali possono essere dotati di barriere d'olio, isolamento in polimeri, SF6 o carta-olio.

Regolazione della tensione permette di modificare il rapporto di trasformazione cambiando il numero di spire degli avvolgimenti. I dispositivi aggiuntivi comprendono relè per il gas, indicatori di temperatura, essiccatori, sistema di recupero continuo dell'olio e indicatori di livello dell'olio.

Ogni trasformatore di potenza è costituito da un nucleo magnetico con diversi avvolgimenti in materiali ferromagnetici. Di solito si tratta di fogli speciali per trasformatori con proprietà magnetiche morbide, impilati in modo che la sezione trasversale del nucleo sotto gli avvolgimenti si avvicini a un cerchio. Per aumentare l'efficienza del dispositivo e ridurre le perdite, le connessioni tra i fogli sono chiuse.

Gli avvolgimenti dei trasformatori sono solitamente in rame a sezione rettangolare o circolare e ogni avvolgimento è isolato sia dal nucleo magnetico che dagli avvolgimenti vicini. Tra gli strati di avvolgimento vengono lasciati degli spazi tecnici per la circolazione del mezzo di raffreddamento.

Ogni trasformatore ha almeno due avvolgimenti: un avvolgimento primario (che riceve la corrente) e un avvolgimento secondario (che cambia la tensione e trasmette la corrente).

Principio di funzionamento di un trasformatore elettrico

Il principio di funzionamento di un trasformatore di potenza si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Quando una corrente alternata viene applicata all'avvolgimento primario, crea un flusso magnetico alternato nel nucleo magnetico. Questo flusso magnetico si chiude sul nucleo magnetico, formando un accoppiamento tra gli avvolgimenti, che provoca una forza elettromotrice (EMF) indotta. Nell'avvolgimento secondario, al quale è collegato il carico, si generano tensione e corrente.

Per ottenere la tensione secondaria richiesta si utilizza un determinato rapporto di spire tra gli avvolgimenti primari e secondari. Un trasformatore di potenza ha la proprietà della reversibilità, che gli consente di funzionare sia con tensione step-up che step-down. Ad esempio, in un trasformatore step-up, la tensione sull'avvolgimento primario sarà inferiore a quella sull'avvolgimento secondario.

Tipi di trasformatori di potenza

I trasformatori di potenza possono essere classificati in base a varie caratteristiche, tra cui scopo, capacità, tipo di circuito magnetico, numero di fasi e altri parametri.

Per scopo I trasformatori di potenza possono essere suddivisi in:

  • Trasformatori step-down - sono utilizzati per ridurre le tensioni nelle reti di distribuzione.
  • Trasformatori step-up - sono utilizzati per aumentare la tensione e trasmettere l'elettricità su lunghe distanze.

Per tipo di circuito magnetico I trasformatori si dividono in:

  • Trasformatori blindati - hanno un conduttore magnetico costituito da piastre di tipo "E", isolate tra loro con una vernice. Questi dispositivi hanno un flusso magnetico non uniforme e sono facili da montare. Vengono solitamente utilizzati nei grandi elettrodomestici.
  • Trasformatori a colonna - hanno un diverso metodo di installazione degli avvolgimenti e un diverso design del circuito magnetico. Il circuito magnetico è costituito da strisce di acciaio elettrico. Questi dispositivi si differenziano per il fatto che gli avvolgimenti sono esterni, a differenza dei dispositivi blindati.
  • Trasformatori con nucleo magnetico anulare - sono i più efficienti, ma la loro produzione è complessa e richiede molta manodopera. Il nucleo magnetico è una struttura ad anello chiuso e gli avvolgimenti sono avvolti direttamente sul nucleo magnetico. Il costo di questi trasformatori è solitamente più elevato a causa della produzione ad alta intensità di manodopera.

Per numero di fasi ci sono trasformatori:

  • Monofase - sono utilizzati per i piccoli consumatori o nelle reti di distribuzione.
  • Trifase - sono più comuni, utilizzati nelle reti elettriche, soprattutto nelle grandi stazioni di conversione e negli impianti industriali.

Per tipo di raffreddamento:

  • Trasformatori a secco - Il raffreddamento è ad aria, il che li rende ideali per l'installazione in aree con elevati requisiti di sicurezza.
  • Trasformatori in olio - sono utilizzati per capacità maggiori, dove il raffreddamento è ottenuto con l'olio, che isola gli avvolgimenti e aiuta a dissipare il calore.

All'installazione:

  • Per l'installazione in interni - Questi trasformatori sono tipicamente utilizzati per la distribuzione di energia in aree chiuse, come le stazioni di trasformazione.
  • Per l'installazione all'esterno - sono progettati per l'uso in ambienti aperti, ad esempio in reti di distribuzione o grandi impianti.

Per potenza I trasformatori di potenza possono essere classificati come segue:

  • Fino a 100 kVA, fino a 35 kV
  • 100 - 1000 kVA, fino a 35 kV
  • 1000 - 6300 kVA, fino a 35 kV
  • 6300 kVA e oltre, fino a 35 kV
  • Fino a 32.000 kVA, 35 - 110 kV
  • 32.000 - 80.000 kVA, fino a 330 kV
  • 80.000 - 200.000 kVA, fino a 330 kV
  • Oltre 200.000 kVA, oltre 330 kV

Altre caratteristiche importanti:

  • Disponibilità di un regolatore di tensione in uscita - Alcuni modelli sono in grado di regolare la tensione di uscita per mantenere i parametri stabili.
  • Versione climatica - possono essere dispositivi per il funzionamento in condizioni climatiche sia estreme che normali.

I trasformatori di potenza svolgono un ruolo fondamentale nella trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica e la scelta del tipo giusto dipende da molti fattori, come la capacità, le condizioni operative e i requisiti di sicurezza.

Parametri del trasformatore di potenza

Quando si sceglie un trasformatore di potenza, le caratteristiche importanti sono i suoi parametri tecnici, che determinano l'efficienza 和 la sicurezza del suo funzionamento。 Ecco i parametri principali a cui prestare attenzione:

  • Potenza nominaleDefinisce la potenza massima che il trasformatore può trasmettere senza surriscaldarsi. Per i trasformatori a due avvolgimenti è la potenza di ciascun avvolgimento, per i trasformatori a tre avvolgimenti è la potenza di ciascun avvolgimento.

  • Tensione nominale: tensione nominaleLa tensione alla quale il trasformatore funziona in condizioni normali a vuoto. Ogni avvolgimento ha una propria tensione nominale.

  • Corrente nominale: corrente nominaleLa corrente massima che il trasformatore può trasmettere a lungo senza surriscaldarsi.

  • Tensione in cortocircuito:La tensione attraverso gli avvolgimenti durante un cortocircuito sul lato secondario, che caratterizza la resistenza dell'avvolgimento.

  • Perdite in cortocircuito: - Perdite in cortocircuito: - Perdite in cortocircuitoLe perdite di energia in cortocircuito determinano l'efficienza del funzionamento del trasformatore.

  • Perdite a vuoto: perdite a vuotoLe perdite di energia in un trasformatore quando funziona senza carico sono dovute principalmente alla saturazione magnetica del nucleo.

  • Corrente di riposo::Corrente di riposo: corrente di riposo: corrente di riposoLa corrente che scorre quando il trasformatore è al minimo, che influisce sulle perdite di energia.

  • Rapporto di trasformazione: il rapporto di trasformazioneIl rapporto tra le tensioni sugli avvolgimenti primari e secondari che determina il grado di variazione della tensione.

  • Fattore di potenza (COSφ):::Fattore di potenza (COSφ)Rapporto tra potenza attiva e totale, che riflette l'efficienza del trasformatore.

  • Sistema di raffreddamento: sistema di raffreddamentoSistema di raffreddamento che impedisce il surriscaldamento del trasformatore. Può essere ad aria o a liquido, a seconda della potenza dell'unità.

Come scegliere un trasformatore di potenza?

La scelta di un trasformatore di potenza per un impianto dipende da diversi fattori chiave, tra cui la potenza richiesta e il livello di affidabilità dell'alimentazione. È importante riconoscere che, in alcuni casi, per garantire un'alimentazione ininterrotta, è necessario installare più trasformatori in modo che, in caso di guasto di uno di essi, gli altri possano assumerne le funzioni. Ciò comporta anche la necessità di tenere conto di eventuali sovraccarichi che possono verificarsi durante il funzionamento.

Parametri chiave per la selezione dei trasformatori:

  1. Potenza
    Per scegliere un trasformatore, è importante determinare con precisione la sua capacità necessaria, che deve garantire un funzionamento affidabile dell'apparecchiatura. In caso di guasto di un dispositivo, gli altri devono essere in grado di compensare il suo funzionamento.

  2. Affidabilità e protezione
    Quando si sceglie un trasformatore, si deve tenere conto della disponibilità di sistemi di protezione contro i vari guasti:

    • Protezione contro i danni interni: Il trasformatore deve essere dotato di dispositivi di monitoraggio del gas, della temperatura, della pressione e del livello dell'olio per evitare malfunzionamenti.
    • Protezione da sovraccarico: Si raccomanda l'installazione di trasformatori di corrente in ogni fase per garantire la protezione dai sovraccarichi. Inoltre, si utilizza una protezione differenziale per evitare danni.
  3. Condizioni di raffreddamento e di funzionamento
    Il sistema di raffreddamento del trasformatore deve essere adattato alle condizioni operative. A seconda della capacità dell'apparecchio, si possono utilizzare diversi sistemi di raffreddamento: aria, olio o apparecchiature di raffreddamento aggiuntive.

Serie consigliata di trasformatori Evernew Transformer

Azienda Trasformatore Evernew offre un'ampia gamma di trasformatori per le diverse esigenze, compresi modelli con diversi livelli di potenza e tensione.

  • Serie TMG
    Per le reti con tensioni fino a 10 kV si raccomanda l'uso di Trasformatori della serie TMG. Sono progettati per l'installazione all'esterno e possono funzionare in presenza di fluttuazioni di temperatura e ad altezze fino a 1000 metri. La potenza dei trasformatori di questa serie varia da 25 a 1000 kVA. Le unità sono completamente sigillate ermeticamente e dotate di tutti i sensori necessari per il monitoraggio della pressione, della temperatura e del livello dell'olio. La protezione contro la sovrapressione è garantita da uno speciale sistema di compensazione.

  • Serie TMGSU
    Questa serie è costituita da trasformatori trifase che garantiscono un funzionamento stabile sia per la variazione di tensione che per la simmetria di fase. I trasformatori TMGSU sono dotati di valvole aggiuntive per la protezione dalle cadute di pressione, che eliminano i danni alle apparecchiature in caso di sovraccarico o di errori di funzionamento.

  • Trasformatori per alte tensioni (fino a 500 kV)
    Per le tensioni più elevate, da 35kV a 500kV, Evernew Transformer offre trasformatori da 1MVA a 200MVA. Queste unità sono ideali per le applicazioni industriali e funzionano in diverse condizioni climatiche per garantire un'elevata efficienza e durata. La gamma incorpora tutti i sistemi di protezione e monitoraggio necessari per garantire un funzionamento sicuro per tutta la sua durata.

Tipi di trasformatori per scopo e funzione:

  1. Trasformatori in olio (raffreddati ad olio)
    Adatto alle installazioni in cui è richiesto un elevato grado di protezione e durata. L'olio del trasformatore non fornisce solo il raffreddamento ma anche l'isolamento.

  2. Trasformatori a secco
    Queste unità utilizzano il raffreddamento ad aria, rendendole più ecologiche e sicure per l'uso in applicazioni residenziali e commerciali. Sono ideali per l'installazione in aree con elevati requisiti di sicurezza antincendio.

  3. Trasformatori di sottostazione
    Progettati per la distribuzione di energia nelle sottostazioni elettriche. Questi dispositivi possono essere monofase o trifase e sono tipicamente utilizzati per sistemi di alimentazione su larga scala.

  4. Trasformatori per reti di distribuzione
    Questi trasformatori possono essere installati ovunque sia necessario un cambio di tensione per alimentare impianti industriali o quartieri residenziali.

  5. Trasformatori per applicazioni speciali
    Includono trasformatori progettati per applicazioni specifiche, come i sistemi di energia solare o eolica, dove è importante un alto grado di stabilità ed efficienza.

Raccomandazioni per la selezione:

  1. Considerare le condizioni climatiche
    A seconda della regione di funzionamento, la scelta del raffreddamento e della protezione dipenderà dalle caratteristiche climatiche (ad esempio, temperatura, umidità, livelli di precipitazioni).

  2. Selezione della potenza
    È necessario calcolare correttamente la capacità del trasformatore in modo che soddisfi le esigenze delle apparecchiature e garantisca un funzionamento ininterrotto in caso di eventuali sovraccarichi.

  3. Attenzione alla garanzia e all'assistenza
    Assicurarsi che il trasformatore abbia una garanzia e che sia prevista un'opzione di assistenza e sostituzione dei pezzi in caso di guasto.

Azienda Trasformatore Evernew offre trasformatori affidabili e di alta qualità che garantiscono un'alimentazione sicura e stabile alla vostra azienda.