Trasformatore di tipo secco

I trasformatori a secco sono costruiti utilizzando una varietà di materiali, ciascuno scelto per le sue proprietà elettriche, meccaniche e termiche per garantire prestazioni e affidabilità ottimali. I materiali primari utilizzati nei trasformatori a secco includono:

Laminazioni in acciaio:Il nucleo del trasformatore è generalmente costituito da lamierini di acciaio al silicio. Questi sono impilati per formare un percorso continuo per il flusso magnetico. L'uso dell'acciaio al silicio riduce la perdita di isteresi e fornisce migliori proprietà magnetiche. Le laminazioni sono sottili per ridurre al minimo le perdite per correnti parassite, che si verificano quando campi magnetici alternati inducono correnti all'interno del materiale del nucleo.

Materiale di avvolgimento:I conduttori utilizzati per gli avvolgimenti primari e secondari sono generalmente realizzati in rame o alluminio per la loro eccellente conduttività. Il rame è più conduttivo ma anche più costoso dell’alluminio. L'alluminio è più leggero ed economico-ma presenta perdite resistive più elevate.

Materiale isolante:L'isolamento è fondamentale nei trasformatori a secco per prevenire cortocircuiti e garantire l'isolamento elettrico. Materiali come Nomex (un tipo di carta aramidica), Mylar (polietilene tereftalato biassialmente orientato) e vari tipi di pellicole di poliestere vengono utilizzati per l'isolamento tra le spire, tra gli strati e tra gli avvolgimenti e il nucleo. La resina epossidica è comunemente utilizzata anche per i processi VPI (impregnazione sotto vuoto) o di incapsulamento per fornire una matrice isolante solida.

Sfiatatoio e assorbitore di umidità:In alcuni progetti, il gel di silice viene utilizzato come essiccante per assorbire l'umidità che potrebbe entrare nel trasformatore attraverso il movimento dell'aria. Questo aiuta a proteggere i componenti interni dall'umidità e dall'umidità.

Elementi di raffreddamento:A seconda del metodo di raffreddamento, possono essere utilizzati radiatori passivi o ventole di raffreddamento attive. I radiatori sono solitamente realizzati in alluminio o rame per un'efficiente dissipazione del calore. I ventilatori, se utilizzati, sono generalmente realizzati in plastica o leghe metalliche.

Materiali strutturali:La custodia, il serbatoio o il telaio che ospita il nucleo e gli avvolgimenti del trasformatore è generalmente realizzato in lamiera, spesso acciaio zincato o alluminio, per proteggere il trasformatore da fattori ambientali e garantire l'integrità strutturale.

Hardware del terminale:I terminali utilizzati per collegare il trasformatore alla rete elettrica sono generalmente realizzati in metalli come rame o ottone per una buona conduttività elettrica.

Dispositivi di protezione da sovracorrente:Questi possono includere interruttori automatici o fusibili realizzati con materiali che fondono o scattano a livelli di corrente predeterminati, come rame stagnato-placcato per l'elemento fusibile o strisce bimetalliche per la protezione da sovraccarico termico.

La progettazione di un trasformatore di tipo-a secco dipende da diversi fattori che ne influenzano le prestazioni, l'efficienza e la durata. Alcuni dei fattori importanti da considerare quando si progetta un trasformatore di tipo-a secco sono:

Scelta del tipo di isolamento:Il tipo di isolamento determina la temperatura nominale, la rigidità dielettrica, la resistenza meccanica e la resistenza allo shock termico del trasformatore. In genere, i materiali isolanti di classe F e H-vengono utilizzati per i trasformatori di tipo a secco-perché possono resistere a temperature elevate (rispettivamente fino a 155 gradi e 180 gradi) e hanno buone proprietà elettriche e meccaniche. I materiali isolanti comuni includono vernice, resina epossidica, resina poliestere, ecc.

Selezione del materiale di avvolgimento:Il materiale dell'avvolgimento determina la conduttività, la resistenza, la perdita e la resistenza meccanica del trasformatore. In genere, rame e alluminio vengono utilizzati come materiali di avvolgimento per trasformatori di tipo-a secco perché hanno un'elevata conduttività e un basso costo. Il rame ha una migliore conduttività e resistenza meccanica rispetto all’alluminio, ma è più costoso e più pesante. A parità di corrente nominale, il rame richiede un'area di sezione trasversale-minore rispetto all'alluminio.

Selezione del materiale del nucleo con bassa perdita di isteresi:Il materiale del nucleo determina la densità del flusso magnetico, la permeabilità, la perdita per isteresi e la perdita di corrente parassita del trasformatore. Il materiale del nucleo deve avere un'elevata permeabilità e una bassa perdita di isteresi per ridurre la perdita a vuoto-e migliorare l'efficienza del trasformatore. I materiali di base comuni includono acciaio al silicio, acciaio a grani orientati laminato a freddo (CRGO), metallo amorfo, ecc.

Regolamento:La regolazione di un trasformatore è il rapporto tra la caduta di tensione a pieno carico e la tensione a vuoto. La normativa indica la capacità del trasformatore di mantenere una tensione di uscita costante in condizioni di carico variabili. La regolazione dipende dall'impedenza e dalla resistenza del trasformatore. Una bassa impedenza e resistenza determinano una bassa regolazione e una migliore regolazione della tensione. La reattanza di dispersione di un trasformatore di tipo-a secco deve essere mantenuta entro il 2% durante la progettazione per ottenere una regolazione bassa.

Aspettativa di vita:L'aspettativa di vita di un trasformatore è il tempo previsto durante il quale il trasformatore può funzionare senza guasti o degrado. La durata prevista dipende dal deterioramento dell'isolamento dell'avvolgimento dovuto all'aumento della temperatura, all'umidità, alla polvere, alla corrosione o ad altri fattori. La classe di isolamento e la qualità del trasformatore di tipo-a secco devono essere scelte per resistere alle alte temperature e agli ambienti difficili senza degradarsi. L'aumento di temperatura del trasformatore non deve superare il limite specificato dalla classe di isolamento.

Perdite:Le perdite di un trasformatore sono la differenza tra la potenza in ingresso e la potenza in uscita. Le perdite consistono in perdite a vuoto e perdite a carico. Le perdite a vuoto- sono indipendenti dal carico e includono la perdita del nucleo e la perdita delle correnti parassite. Le perdite di carico sono proporzionali al carico e comprendono la perdita di rame e la perdita parassita. Le perdite influiscono sull'efficienza, sul riscaldamento e sul raffreddamento del trasformatore. Il materiale del nucleo, il materiale dell'avvolgimento, il materiale isolante e i parametri di progettazione devono essere selezionati per ridurre al minimo le perdite e massimizzare l'efficienza del trasformatore di tipo-a secco.

Sovraccarico:Il sovraccarico di un trasformatore è la condizione in cui il trasformatore funziona oltre la sua capacità nominale o il limite di temperatura. Il sovraccarico provoca surriscaldamento, rottura dell'isolamento, cortocircuiti o incendio nel trasformatore. Il sovraccarico può essere causato da una richiesta di carico eccessiva, da armoniche, da guasti o dalla temperatura ambiente. Il trasformatore di tipo-a secco deve essere progettato con un margine sufficiente per gestire i sovraccarichi senza danneggiarne i componenti o le prestazioni. Il trasformatore di tipo-a secco deve essere inoltre dotato di un sistema di raffreddamento a ventola-o di un sistema di condizionamento dell'aria-per dissipare il calore generato dai sovraccarichi.

Fattore K-:Il fattore K- è una misura della capacità di un trasformatore di resistere al calore generato da correnti non-sinusoidali nei suoi avvolgimenti. Le correnti non-sinusoidali sono causate da vari dispositivi elettronici che producono armoniche nelle forme d'onda di tensione e corrente. Le armoniche aumentano le perdite, il riscaldamento e la distorsione del trasformatore. Un fattore K- elevato indica che il trasformatore è in grado di gestire livelli più elevati di armoniche senza surriscaldarsi o degradarsi. Il trasformatore di tipo-a secco deve essere progettato con un fattore K-elevato per garantire una lunga-durata e prestazioni affidabili in applicazioni che coinvolgono correnti non-sinusoidali.