¿Cómo elegir la densidad de flujo magnético en el núcleo de productos de clase transformadora?

Al seleccionar la densidad de flujo magnético en el núcleo, es necesario tener en cuenta varias consideraciones.

1. Material de las láminas de acero eléctrico: Si la densidad de flujo magnético es demasiado alta, la corriente en vacío y las pérdidas en vacío aumentarán rápidamente. Esto se debe a que las láminas de acero eléctrico presentan saturación magnética, y la relación entre el flujo magnético y la corriente que lo genera no es lineal. Con el aumento de la tensión, la densidad de flujo magnético también aumenta. Cuando la densidad de flujo magnético alcanza un cierto nivel, los aumentos posteriores de tensión dan como resultado incrementos mínimos en la densidad de flujo magnético de saturación. Por lo tanto, para transformadores sumergidos en aceite, la densidad de flujo magnético de las láminas de acero eléctrico laminadas en frío no debe superar 1.75 T, y el límite superior debe elegirse por debajo del punto de saturación.

2. Características de funcionamiento: Al seleccionar la densidad de flujo magnético, se deben tener en cuenta las características de funcionamiento normal y de falla:

a. Características normales de funcionamiento: Los transformadores de potencia deben poder operar continuamente a su capacidad nominal cuando la tensión supera el 5 % de la tensión de derivación correspondiente, o hasta el 10 % en condiciones de vacío. Para transformadores de prueba y reguladores de tensión, la forma de onda de la tensión de salida debe ser sinusoidal. En transformadores trifásicos con bobinado Yym para alta tensión como punto neutro en un sistema conectado a tierra, es necesaria una reducción de la densidad de flujo magnético debido al desplazamiento del punto neutro, que provoca un aumento de la tensión de fase cuando la corriente en el centro del lado de baja tensión alcanza el 25 % de la corriente nominal del lado de baja tensión.

b. Características de funcionamiento en caso de falla: Los transformadores de potencia cuentan con protección contra cortocircuitos durante su funcionamiento, y las corrientes de cortocircuito solo se permiten por un período muy breve. Si bien la densidad de flujo magnético puede aumentar entre 1.39 y 1.73 veces durante la puesta a tierra monofásica, la selección de la densidad de flujo magnético aún puede basarse en las condiciones normales de funcionamiento. Para los transformadores trifásicos de doble bobinado con bobinado Yyn y los transformadores de tensión monofásicos de tres bobinados, la densidad de flujo magnético de funcionamiento normal generalmente debe reducirse al 50 % del valor de saturación. Para los transformadores de tensión trifásicos de cinco columnas con tres bobinados, debido a las diferentes características de excitación en cada fase para evitar la sobretensión por resonancia paralela, la densidad de flujo magnético también debe reducirse moderadamente.

3. Esquema de conexión del devanado: El esquema de conexión del devanado afecta la forma de onda del flujo magnético. En el devanado Yd, como la corriente del tercer armónico puede formar un bucle en el devanado en forma de d, el flujo magnético es sinusoidal, lo que resulta en una tensión inducida sinusoidal. En el devanado Yy, como la corriente del tercer armónico no forma bucles, la corriente de excitación es sinusoidal. Sin embargo, debido a las características de saturación de las láminas de acero eléctrico, el flujo magnético contiene un componente del tercer armónico. Esto da como resultado una forma de onda plana para el flujo magnético y una forma de onda con pico para la tensión inducida secundaria. No obstante, el devanado Yy solo se utiliza para núcleos de tres columnas, donde el flujo magnético del tercer armónico pasa a través del aire, lo que resulta en una gran reluctancia magnética. Por lo tanto, el componente del tercer armónico en el flujo magnético no es significativo, y el flujo magnético se mantiene cercano a una forma de onda sinusoidal. Así, la densidad de flujo magnético no necesita ser excesivamente alta. En transformadores de tensión monofásicos con bobinado en V, utilizados en sistemas sin conexión a tierra con punto neutro de hasta 35 kV, generalmente no existe un bucle para la corriente de excitación del tercer armónico. Por lo tanto, el flujo magnético contiene flujo magnético del tercer armónico. Para mantener una forma de onda sinusoidal en la tensión inducida secundaria, la densidad de flujo magnético no debe ser demasiado alta.

4. Aumento de la temperatura del núcleo: Cuanto mayor sea la densidad de flujo magnético durante el funcionamiento normal, mayor será el aumento de la temperatura del núcleo. Si el aumento de la temperatura del núcleo no se reduce incluso después de añadir conductos de aceite o de gas, es necesario disminuir la densidad de flujo magnético durante el funcionamiento normal para cumplir con los requisitos de las características térmicas.

5. Ruido en vacío: El ruido en vacío está relacionado con la densidad de flujo magnético. Una reducción de 0.1 T en la densidad de flujo magnético puede resultar en una reducción de aproximadamente 2 a 3 dB(A) en el ruido en vacío.

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