Un transformador es un dispositivo utilizado para transmitir energía eléctrica entre dos partes de un circuito, creando aislamiento al tiempo que cambia la corriente y la tensión. El transformador es parte integrante de la mayoría de los sistemas eléctricos. Especialmente los transformadores de potencia se utilizan cuando se espera una alta eficiencia en la transmisión de energía. Según la aplicación específica, el equipo puede funcionar de forma continua o discontinua a plena carga.
Los pequeños transformadores utilizados en aparatos eléctricos comerciales pueden tener dos formas de núcleo diferentes. La forma EI o cuadrada y la forma toroidal. Los transformadores toroidales (con núcleo en forma de anillo o rosquilla) son componentes eléctricos formados por hilos de cobre enrollados alrededor de un núcleo cilíndrico. En el pasado, la forma de núcleo EI era más popular. Sin embargo, los transformadores toroidales se están imponiendo en las aplicaciones que requieren baja potencia por su forma única y sus ventajas.
Construcción de los transformadores toroidales
Núcleo: El núcleo del transformador ordinario está hecho de láminas de acero al silicio laminado. El núcleo del transformador toroidal está hecho de flejes de acero al silicio bobinados. Su función es formar un flujo magnético alterno de frecuencia bajo la acción de la corriente alterna de la bobina primaria, a través del flujo magnético alterno en el núcleo induce el potencial eléctrico en la bobina secundaria, formando una fuente de alimentación de baja tensión. El núcleo es el cuerpo principal para completar la conversión de energía eléctrica, energía magnética y energía eléctrica.
Bobinado: Generalmente hecho de alambres planos de cobre aislados o alambres redondos de cobre enrollados en la matriz de bobinado. Contiene dos grupos de primario y secundario (alta tensión y baja tensión). El papel del bobinado primario es introducir el lado original del transformador en parte para completar el proceso de excitación, en otra parte para llenar el bobinado secundario en la energía eléctrica. El devanado secundario es convertir la energía magnética en energía eléctrica y transmitirla al exterior. Los devanados suelen estar conectados según un determinado método de conexión de circuitos.
Aislamiento del cuerpo: Incluye el aislamiento primario y secundario, el aislamiento entre espiras, el aislamiento del núcleo y el aislamiento entre espiras. Los materiales utilizados son cartón, resina epoxi, diversos materiales aislantes, aceite para transformadores, etc. El aceite del transformador no sólo tiene un buen efecto de aislamiento, sino que también puede ayudar a la disipación de calor del transformador para enfriar el núcleo y la bobina.
El núcleo del transformador toroidal está hecho de chapa de acero al silicio laminado en frío de alta calidad (el grosor de la chapa es generalmente de 0,35 mm o menos) y laminado sin costuras, lo que hace que el rendimiento de su núcleo sea mejor que el núcleo tradicional de chapas laminadas.Los devanados de los transformadores toroidales están enrollados uniformemente en el núcleo, y la dirección de las líneas magnéticas generadas por los devanados coincide casi exactamente con el circuito magnético del núcleo, lo que reduce la energía de excitación y la pérdida del núcleo en un 25% en comparación con el tipo laminado.
Principio de funcionamiento
Los transformadores se basan en la inducción electromagnética. El físico Michael Faraday descubrió la inducción electromagnética en 1831, cuando comprobó que la intensidad de una corriente eléctrica es proporcional a la velocidad de movimiento del imán y al número de vueltas de la bobina.
El transformador aprovecha esta relación proporcional. El principio de funcionamiento del transformador toroidal es el mismo que el del transformador, ambos funcionan utilizando el principio de conversión eléctrico-magnético y magnético-eléctrico. A continuación se muestra el circuito de la figura inferior para ilustrar el principio de funcionamiento de un transformador. Cuando la tensión alterna U1 se envía a ambos extremos del devanado primario L1 del transformador (el número de espiras es N1), la corriente alterna I1 fluye a través de L1, L1 genera inmediatamente un campo magnético, las líneas de inducción magnética del campo magnético se acoplan al devanado secundario L2 (el número de espiras es N2) a lo largo de un núcleo bien conductor, L2 genera inmediatamente un potencial eléctrico inducido, en este momento L2 equivale a una fuente de alimentación. Como L2 está conectado a la carga R como un circuito cerrado, L2 tiene corriente alterna de salida I2 y fluye a través de la carga R. La tensión a través de R es U2.
Los campos magnéticos producen una tensión de salida al pasar por el devanado secundario. La cantidad de tensión producida depende del número de bobinas en el secundario en comparación con el primario. Se reducirá a la mitad si la relación es de 2:1, mientras que se duplicará si la relación es de 1:2.
Ventajas de los transformadores toroidales
1. 1. Alto rendimiento
La forma única de estos transformadores se presta al uso de bobinas más cortas, lo que se traduce en menores niveles de pérdidas y, por tanto, en una mayor eficiencia del sistema. Dado que los transformadores toroidales son más eficientes que otros transformadores de potencia, generan menos calor durante el funcionamiento, lo que se traduce en temperaturas de funcionamiento más bajas. Esto, a su vez, reduce la necesidad de unidades de refrigeración.
El núcleo no tiene espacios de aire, el factor de laminación puede ser tan alto como 95% o más, la permeabilidad del núcleo puede ser de 1,5~1,8T (el núcleo laminado sólo puede soportar 1,2~1,4T), la eficiencia eléctrica es tan alta como 95% o más, la corriente en vacío es sólo 10% del tipo laminado.
2. 2. Menor temperatura de funcionamiento
Dado que la pérdida de hierro se puede lograr 1.1W/kg, el aumento de la temperatura del núcleo es bajo cuando la pérdida de hierro es muy pequeña, y la disipación de calor del devanado en la temperatura más baja del núcleo es buena, por lo que el aumento de la temperatura del transformador es bajo.
3. Tamaño más compacto, peso ligero
Todos los devanados de un transformador toroidal están distribuidos simétricamente por todo el núcleo, lo que da lugar a longitudes de cable muy cortas. Dado que el flujo magnético está orientado en la misma dirección que la dirección de laminación del núcleo de grano orientado, es posible un ahorro significativo de volumen y peso, así como una mayor densidad de flujo.
Gracias a su tamaño y peso reducidos, los transformadores toroidales son ideales para productos eléctricos compactos. Además, STEPPERONLINE puede diseñar un transformador específico para el espacio del cliente.
4. Menor campo magnético parásito y emisión EMI
El núcleo del transformador toroidal no tiene entrehierro, el devanado se enrolla uniformemente en el núcleo en forma de anillo, lo que conduce a una pequeña fuga magnética y radiación electromagnética. Los devanados primario y secundario que cubren el núcleo actúan como escudos contra el campo magnético generado, lo que protege los equipos electrónicos sensibles cercanos del transformador durante el funcionamiento. Los transformadores toroidales pueden utilizarse en equipos electrónicos de alta sensibilidad sin blindaje adicional, como en amplificadores de bajo nivel y equipos médicos.
Los transformadores toroidales tienen un impacto totalmente despreciable sobre el medio ambiente y el cuerpo humano, lo que los convierte en una fuente de alimentación saludable.
5. Menor ruido de vibración
La construcción de los transformadores toroidales ayuda a suprimir el ruido audible. Los núcleos están fuertemente bobinados, soldados por puntos, recocidos y recubiertos con resina epoxi o aislados con cinta mylar. El bobinado uniforme del núcleo no deja espacios de aire, por lo que no hay láminas sueltas que vibren, lo que en última instancia se traduce en menos zumbidos causados por la magnetostricción.
6. Flexibilidad dimensional
Los transformadores toroidales ofrecen un alto grado de flexibilidad dimensional en comparación con los transformadores laminados convencionales. Las relaciones de longitud, anchura y altura de los núcleos de los transformadores toroidales pueden modificarse fácilmente para diseñar una forma que se ajuste a las dimensiones requeridas.
7. Montaje más sencillo
Los transformadores toroidales son fáciles de instalar. En la mayoría de los casos, sólo requieren una arandela de centrado metálica y tornillos o pernos de montaje que hacen que la instalación sea rápida y sencilla.
Otros métodos de montaje populares son:
- Encapsulado central de resina con insertos de latón o agujero pasante
- Placas de montaje sin presión
- Encapsulado completo en carcasas de plástico o metal
- Montaje en placa de circuito impreso (taladro pasante)
- Montaje en carril DIN
8. Ahorro de energía
Los núcleos toroidales tienen pérdidas de hierro muy bajas, normalmente 1,1 W/kg a 1,7 Tesla y 50 Hz. Estas bajas pérdidas en el hierro se traducen en corrientes magnetizantes muy bajas, lo que se traduce en un bajo consumo de energía en modo de espera. Las menores pérdidas en vacío proporcionan un mayor ahorro de energía en espera.
Aplicaciones de los transformadores toroidales
Los transformadores toroidales se utilizan a menudo en aplicaciones electrónicas como herramienta para reducir/subir la tensión. También pueden utilizarse para aislar equipos electrónicos de fuentes de tensión parásitas. Existe una gran variedad de transformadores, por lo que se pueden realizar diferentes aplicaciones. A continuación se describen brevemente las aplicaciones actuales de diversos transformadores toroidales:
Industria demotores paso a paso: utilizados principalmente para motores paso a paso monofásicos, multifásicos y servomotores de CA.
Industria demaquinaria : principalmente orientada a la industria, como máquinas herramienta de control, maquinaria CNC, etc.
Equipos audiovisuales : utilizados principalmente para sistemas de audio, amplificadores de audio, etc.
Industriamédica : utilizado en instrumentos de pruebas médicas para desempeñar el papel de aislamiento de seguridad.
Industria dela instrumentación : se utiliza en diversos instrumentos y equipos de prueba.
Industria delas energías renovables : se utiliza en inversores solares, normalmente para aumentar la tensión.
Industria dela humidificación por atomización : se utiliza principalmente para regular la humedad del aire, como en invernaderos agrícolas y bases de plantación de hortalizas.
Control eléctrico : por ejemplo, se utiliza para transformadores de corriente y tensión. Los transformadores de alta precisión y estabilidad pueden fabricarse con el proceso de transformador toroidal.
Industria del automóvil
Industria de la iluminación
Equipos de seguridad
Telecomunicaciones
Aeroespacial
No hay productos para mostrar en esta categoría.