Transformadores directos del fabricante

Los transformadores, también conocidos como transformadores o convertidores de tensión, son dispositivos eléctricos que se encargan de convertir tensiones alternas o corrientes alternas de un nivel de tensión a otro. Un transformador funciona por inducción electromagnética y desempeña un papel fundamental en el suministro eléctrico.

1. Conversión de tensión
   • Los transformadores convierten las altas tensiones utilizadas para el transporte de energía eléctrica en tensiones más bajas y seguras para su uso en hogares y empresas. Esto los hace indispensables para la red eléctrica.
2. Aislamiento
   • Los transformadores también sirven para aislar los sistemas eléctricos, lo que aumenta la seguridad. Evitan que los fallos o errores se propaguen de una parte del sistema a otras.
3. Distribución de energía
   • Los transformadores de tensión permiten distribuir eficazmente la energía eléctrica a grandes distancias minimizando las pérdidas de energía. Sin transformadores, no sería posible un suministro eléctrico fiable.
4. Transmisión de señales
   • En la tecnología de la comunicación, los transformadores se utilizan para ajustar los niveles de señal y desacoplar las vías de señal.

El transformador, también llamado a menudo transformador, transformador de corriente o transformador de potencia, es crucial para garantizar que la energía eléctrica pueda utilizarse de forma segura y eficiente.

Un transformador consta de varios componentes básicos que trabajan juntos para permitir la conversión de energía eléctrica de un nivel de tensión a otro. A continuación se explica de forma sencilla cómo trabajan juntos los componentes de un transformador y cómo funciona.

1. Bobinado primario
   • El devanado primario es una bobina de alambre que está conectada a la tensión alterna de entrada. Cuando la corriente alterna circula por el devanado primario, crea un campo magnético cambiante.
2. Núcleo
   • El núcleo suele estar hecho de un material ferromagnético (como el hierro) que concentra y conduce las líneas de flujo magnético. El núcleo amplifica el campo magnético generado por el devanado primario y garantiza que el campo magnético se transmita eficazmente a los devanados secundarios.
3. Bobinado secundario
   • El bobinado secundario es otra bobina de alambre que recibe el campo magnético conducido por el núcleo. La inducción electromagnética genera una tensión en el devanado secundario que depende del nivel de tensión original. Dependiendo de cuántas vueltas tenga el devanado secundario en comparación con el primario, la tensión puede aumentar (transformador elevador) o disminuir (transformador reductor).
4. Funcionamiento
   • Acoplamiento magnético: Cuando el devanado primario recibe corriente alterna, genera un campo magnético cambiante. Este campo magnético atraviesa el núcleo y llega al devanado secundario.
   • Inducción: El campo magnético cambiante genera una tensión en el devanado secundario. Esta tensión es proporcional al número de espiras del bobinado secundario y del bobinado primario. Si el devanado secundario tiene más vueltas que el primario, la tensión de salida será mayor (step-up). Si tiene menos vueltas, la tensión será menor (step-down).
   • Transferencia de energía: La energía eléctrica se transfiere del lado primario al secundario sin que haya una conexión eléctrica directa entre ambos lados. Esto permite convertir la tensión y, al mismo tiempo, garantiza el aislamiento entre los dos circuitos.
5. Cooperación entre los componentes
   • El bobinado primario genera el campo magnético.
   • El núcleo conduce este campo magnético al bobinado secundario.
   • El devanado secundario vuelve a convertir el campo magnético en energía eléctrica, pero con una tensión diferente que depende del número de devanados.

Esta cooperación entre los componentes permite a un transformador convertir eficazmente las tensiones alternas, lo que lo convierte en un componente indispensable en las redes eléctricas y los dispositivos electrónicos.

Existen distintos tipos de transformadores que se utilizan en función de la aplicación y los requisitos. Estos son algunos de los tipos de transformadores más comunes:

1. Transformadores de potencia
   • Estos transformadores se utilizan en los sistemas de transmisión y distribución de energía para reducir la tensión de las líneas de alta tensión a la baja tensión adecuada para el consumo. Se utilizan en centrales eléctricas, subestaciones y en diversos puntos de la red eléctrica.
2. Transformadores de distribución
   • Estos transformadores se utilizan para reducir la tensión de las líneas eléctricas a un nivel adecuado para el consumo en edificios o plantas industriales. Se utilizan en sistemas de distribución para suministrar electricidad a hogares, oficinas y plantas industriales.
3. Transformadores de conmutación
   • Estos transformadores se utilizan en circuitos electrónicos para aumentar o disminuir la tensión. Se utilizan en aparatos como ordenadores, televisores, amplificadores de audio y otros dispositivos electrónicos.
4. Transformadores de aislamiento
   • Estos transformadores se utilizan para aislar la transferencia de energía entre dos sistemas eléctricos y cambiar la tensión al mismo tiempo. Se utilizan en aplicaciones industriales, de aislamiento y de seguridad.
5. Autotransformadores
   • Estos transformadores tienen un único devanado que sirve tanto de primario como de secundario. Se utilizan para aumentar o disminuir la tensión y se emplean en dispositivos como reguladores de tensión, lámparas y motores eléctricos.
6. Transformadores de choque
   • Estos transformadores se utilizan para limitar y controlar el flujo de corriente en los circuitos. Se utilizan en circuitos electrónicos, especialmente en inversores, rectificadores y convertidores de frecuencia.

Estos son sólo algunos ejemplos de diferentes tipos de transformadores y sus aplicaciones. Sin embargo, existen muchos otros transformadores especializados para aplicaciones específicas, como los transformadores de medida e instrumentación, los transformadores de impulsos, los transformadores de alta tensión, etc.

Los transformadores suelen fabricarse en varias etapas. He aquí una descripción general del proceso de fabricación:

1. Bobinado de las bobinas
   • En primer lugar, los hilos de cobre se enrollan alrededor de un núcleo para formar las bobinas primaria y secundaria del transformador. El núcleo puede estar hecho de distintos materiales, como hierro, ferrita u otros materiales magnéticos.
2. Aislamiento
   • Para evitar cortocircuitos, las bobinas se envuelven con materiales aislantes como papel, película de plástico o alambres esmaltados.
3. Montaje
   • Las bobinas enrolladas se montan en el núcleo y se fijan mediante tornillos u otros elementos de sujeción. Este paso también puede incluir el montaje de otros componentes, como disipadores de calor o carcasas.
4. Pruebas y control de calidad
   • Tras el montaje, los transformadores se someten a diversas pruebas para comprobar sus propiedades eléctricas y garantizar que cumplen las normas exigidas.

Los materiales utilizados en la fabricación de transformadores varían en función de la aplicación y los requisitos específicos. Estos son algunos de los materiales más utilizados:

1. Materiales del núcleo
   • El hierro o el acero son los materiales más comunes para los núcleos de los transformadores debido a sus propiedades magnéticas. Los núcleos de ferrita suelen utilizarse en fuentes de alimentación de alta frecuencia o conmutadas.
2. Alambre de bobinado
   • En la mayoría de los transformadores se utiliza hilo de cobre para las bobinas por su buena conductividad y resistencia al calor. Para aplicaciones de alta frecuencia también se pueden utilizar tipos especiales de alambre, como el alambre trenzado.
3. Materiales aislantes
   • Para aislar las bobinas y evitar cortocircuitos se utilizan materiales aislantes como papel, películas de plástico, alambres esmaltados o barnices aislantes. La elección del material aislante depende de los requisitos de rigidez dieléctrica, resistencia térmica y otros factores.
4. Materiales de la carcasa
   • La carcasa del transformador puede ser de distintos materiales, como metal, plástico o una combinación de ambos, en función de los requisitos de resistencia mecánica, protección contra las influencias ambientales y disipación del calor.

Es importante tener en cuenta que los materiales exactos de los transformadores pueden variar en función de la aplicación y la industria.

Los transformadores desempeñan un papel importante en la conversión y transmisión de energía. Se utilizan para aumentar o disminuir la tensión eléctrica y mejorar así la eficiencia energética en la transmisión de energía eléctrica.

Cuando se transmite energía eléctrica a larga distancia, es más eficaz aumentar la tensión, ya que así se reduce la corriente. Los transformadores aumentan la tensión hasta el nivel de las líneas de alta tensión para minimizar el flujo de corriente y reducir la pérdida de energía durante la transmisión.

Cuando la energía eléctrica se distribuye en zonas residenciales y comerciales, la tensión vuelve a reducirse para que pueda utilizarse de forma segura y eficiente en hogares y empresas. Aquí es donde se utilizan los transformadores en las subestaciones.

Los transformadores están formados por bobinas estrechamente acopladas. La inducción magnética transfiere la energía de una bobina a la otra y transforma la tensión en consecuencia. Por tanto, los transformadores desempeñan un papel crucial en la conversión y transmisión de la energía eléctrica.

La tecnología de los transformadores es un elemento clave en la transmisión y distribución de energía eléctrica. En los próximos años cabe esperar varias evoluciones y tendencias:

1. Aumento de la eficiencia: se espera seguir mejorando la eficiencia de los transformadores para minimizar la pérdida de energía durante la transmisión. Los nuevos materiales y métodos de construcción podrían contribuir a aumentar la eficiencia.

2. redes inteligentes: la creciente integración de las energías renovables requiere redes eléctricas inteligentes que permitan una transmisión y distribución eficientes. Los transformadores desempeñarán un papel importante en la integración de estas fuentes de energía renovables ajustando la tensión y controlando el flujo de corriente.

3. Transformadores compactos: El espacio suele ser un factor limitante en las zonas urbanas. Por tanto, se espera que se desarrollen transformadores compactos y que ahorren espacio para reducir las necesidades de espacio y aumentar la flexibilidad de colocación.

4. transformadores inteligentes: mediante la integración de sensores y tecnologías de comunicación, los transformadores pueden supervisarse y controlarse en tiempo real. Esto permite diagnosticar mejor los problemas, realizar un mantenimiento preventivo y optimizar el rendimiento.

5. aislamiento mejorado: el aislamiento de los transformadores desempeña un papel importante en la seguridad y fiabilidad del sistema. Se espera que el desarrollo de materiales y tecnologías de aislamiento avanzados mejore el rendimiento y la longevidad de los transformadores.

6. Reducción de peso: los transformadores suelen ser pesados, lo que puede dificultar su transporte e instalación. El uso de materiales más ligeros y técnicas de diseño avanzadas podría reducir el peso de los transformadores, facilitando su manipulación.

7. Transformadores electrónicos: Los transformadores tradicionales se basan en la inducción electromagnética. Se espera que ganen importancia los transformadores electrónicos, que utilizan dispositivos semiconductores para controlar la tensión y el flujo de corriente. Podrían ser más compactos, eficaces y precisos que los transformadores convencionales.

Estos avances y tendencias contribuirán a mejorar la eficiencia, fiabilidad y flexibilidad de la tecnología de los transformadores y permitirán una transmisión y distribución de energía más sostenibles.

Los fabricantes de transformadores de todo el mundo se basan principalmente en las normas IEC 60076 e IEEE C57. Estas normas definen el diseño, la coordinación del aislamiento, el aumento de temperatura, los procedimientos de ensayo y la resistencia a los cortocircuitos.

Además, se aplican especificaciones regionales como la norma EN 50588 para las clases de pérdidas. Existen diferencias técnicas en cuanto a los tipos de refrigeración, los conmutadores de posiciones y las secuencias de ensayo.

La aplicación de transformadores de alta tensión requiere sistemas de aislamiento graduados conforme a la norma IEC 60071 con valores BIL (nivel básico de aislamiento) entre 75 kV y 1550 kV, en función de la tensión nominal. Se utilizan aislamientos de papel-aceite, gas SF₆ o sólidos con distancias de fuga y separación definidas.

El control de las sobretensiones transitorias causadas por operaciones de conmutación o descargas atmosféricas es fundamental. La coordinación del aislamiento tiene en cuenta las sobretensiones que se producen estadísticamente y define los niveles de protección mediante descargadores de sobretensión. Las mediciones de descargas parciales según la norma IEC 60270 validan la calidad del aislamiento, con valores límite

La conversión de energía en el transformador se basa en el acoplamiento electrodinámico a través de un campo magnético alterno, mediante el cual la energía eléctrica se convierte en densidad de flujo magnético $B$ en el lado primario y se realimenta en el lado secundario. Para minimizar las pérdidas de hierro, se utilizan láminas eléctricas de alta permeabilidad y granulometría, que suprimen las corrientes parásitas a altas frecuencias y optimizan la histéresis magnética gracias a su revestimiento aislante.

Además, las pérdidas óhmicas en el bobinado de cobre y las inductancias de fuga limitan la eficacia de la transferencia de energía. Mediante una geometría precisa del devanado y la consideración de los efectos piel y proximidad, los ingenieros se aseguran de maximizar el grado de acoplamiento para garantizar una relación de tensión estable y una disipación térmica mínima incluso en condiciones de carga transitoria.

En el bobinado de los transformadores, la inductancia de fuga se correlaciona directamente con la disposición geométrica de los arrollamientos y la distancia entre los arrollamientos primario y secundario. Una distribución desigual del alambre o un método de bobinado flojo da lugar a líneas de campo magnético que no acoplan ambas bobinas, lo que reduce la eficiencia y tiene un efecto negativo en la regulación de la tensión cuando cambia la carga.

Para minimizar estos efectos parásitos, los ingenieros suelen utilizar la técnica del bobinado sándwich (intercalado), en la que los bobinados se dividen en varias capas y se intercalan. Este método reduce el grosor efectivo del espacio de bobinado y optimiza el campo de acoplamiento magnético, lo que puede reducir significativamente tanto la inductancia de fuga como las capacidades de bobinado para aplicaciones de alta frecuencia.

Se utilizan sobre todo cuando hay que transportar grandes cantidades de energía eléctrica a largas distancias o para procesos industriales de alta tensión. Los transformadores de alta tensión se utilizan en subestaciones para transformar la tensión del generador de las centrales eléctricas a niveles de muy alta tensión (hasta 380 kV), lo que reduce la corriente de línea y, por tanto, minimiza las pérdidas óhmicas de transmisión ($P = I^2 \cdot R$) en la red eléctrica.

También son esenciales en la industria pesada para el funcionamiento de hornos de arco eléctrico y en tecnología médica para aceleradores de partículas y sistemas de rayos X. En estos ámbitos, los transformadores deben cumplir requisitos extremos en cuanto a resistencia de aislamiento y gestión térmica, utilizando a menudo aceites aislantes especiales o resinas fundidas para garantizar la seguridad dieléctrica y una disipación eficaz del calor bajo carga continua.

En el bobinado de transformadores, el aislamiento entre las capas y los devanados es crucial para evitar descargas parciales y cortocircuitos en los devanados con gradientes de intensidad de campo elevados. Los ingenieros deben adaptar la clase de aislamiento (por ejemplo, clase F o H) a la carga térmica continua y utilizar materiales como películas de poliimida o papeles prensados reforzados. Estas barreras garantizan la distancia de fuga y el entrehierro requeridos de acuerdo con la norma DIN EN 61558, especialmente para transformadores de alta frecuencia con elevadas cargas transitorias.

Además, la tecnología de impregnación o encapsulado al vacío desempeña un papel fundamental en la eliminación de las bolsas de aire dentro del bobinado, que reducirían la resistencia corona. La combinación del aislamiento esmaltado de los hilos y el aislamiento de barrera adicional define la integridad dieléctrica del sistema. Por lo tanto, un diseño preciso del aislamiento del devanado del transformador, teniendo en cuenta el factor de relleno, es esencial para garantizar la tensión de prueba requerida entre el circuito primario y secundario sin cuellos de botella térmicos (hotspots) a largo plazo.

Ejemplos de transformadores de alta tensión son los transformadores de rayos X (50-150 kV), los transformadores de encendido (2-15 kV), los transformadores de prueba (hasta 500 kV) y los transformadores de microondas (2-4 kV). Se diferencian fundamentalmente de los de baja tensión.

Mientras que los transformadores de baja tensión, económicos, de aislamiento, de seguridad y toroidales funcionan en el rango 1 kV. Características especiales: requisitos extremos de aislamiento (aceite, SF6, vacío), protección corona, resistencia al flameo. Relación de transformación a menudo de 1:100 a 1:1000 en lugar de 1:1 a 1:10.

ROTIMA no es un fabricante de transformadores clásico en Suiza para transformadores de energía o de alta potencia, sino un proveedor de transformadores a medida y componentes inductivos para aplicaciones electrónicas e industriales.

En el entorno suizo, ROTIMA actúa como socio de desarrollo, fabricación y distribución de soluciones de transformadores especializados en series pequeñas y medianas, complementando así a los fabricantes tradicionales en el campo de la electrónica de potencia.