¿Qué debe tener un buen transformador toroidal?

Selección del material del núcleo

En general, el precio de un transformador viene determinado por su núcleo y el cobre, y el resto de materiales contribuyen sólo en un 10~15% al precio. El precio del cobre suele venir determinado por la Bolsa de Metales de Londres (LME), pero el coste del núcleo puede variar mucho en función del material elegido.

Algunos fabricantes de bajo coste (muchos con sede en China) consiguen reducir los precios utilizando acero reciclado (Grado B) para los núcleos de sus transformadores. Sin embargo, este material más barato tiene como contrapartida una menor fiabilidad y rendimiento.

Los núcleos de alto rendimiento se fabrican a partir de una banda continua de acero virgen de primera calidad, sin dejar huecos de aire ni chapas o laminaciones sueltas que provoquen vibraciones. El uso de material virgen también permite a los ingenieros diseñar transformadores en un punto de inducción magnética especificado por las fábricas, reduciendo así las pérdidas asociadas a los transformadores.

El bajo nivel de ruido y el alto rendimiento son dos de las razones más populares para elegir transformadores toroidales. Talema ha desarrollado técnicas de fabricación especializadas para ofrecer los núcleos más silenciosos posibles sin ninguno de los inconvenientes habituales, como mayores pérdidas y mayores dimensiones.

Selección del cable magnético

El alambre para bobinado utilizado en equipos eléctricos suele denominarse alambre magneto. Tanto el aluminio como el cobre se utilizan para este fin, pero en los transformadores toroidales suele preferirse el cobre por su capacidad de transporte de corriente, coste, tamaño y propiedades eléctricas y térmicas.

Los devanados de un transformador toroidal están expuestos en toda la superficie del transformador, lo que permite una transferencia óptima del calor residual de los devanados de cobre. A menudo, esto permite al diseñador utilizar un cable de menor calibre de lo que sería prudente, sin superar el límite de aumento de temperatura especificado, si la regulación de carga y la eficiencia lo permiten.

El alambre esmaltado de doble revestimiento también es importante para mitigar el riesgo de cortocircuito después de que el alambre se haya enrollado alrededor del núcleo.

Técnicas de bobinado

El proceso de bobinado del transformador toroidal también es especialmente importante. La construcción del bobinado puede influir enormemente en la inductancia de fuga, por lo que debe prestarse especial atención a las aplicaciones específicas de corriente de fuga.

El bobinado del alambre esmaltado debe ser uniforme y nivelado, y la fuerza de bobinado de la máquina debe ajustarse adecuadamente para evitar la perforación del alambre esmaltado en el proceso de bobinado. De este modo, el alambre esmaltado puede rodear uniformemente el núcleo toroidal sin riesgo de cortocircuito.

Técnica de bobinado bancario

Un bobinado en banco es aquel en el que la bobina se enrolla de tal forma que partes de un bobinado total se enrollan en una serie de bobinados en forma de tarta. segmentos alrededor del toroide. Una vez que se ha enrollado el número impar de segmentos deseado en una dirección (en el sentido de las agujas del reloj), se enrolla el siguiente número par de segmentos en la otra dirección (en el sentido contrario a las agujas del reloj). Esta operación se repite hasta completar el bobinado. El bobinado en banco reduce en gran medida el gradiente máximo de tensión entre vueltas o la tensión sobre el aislamiento del conductor. De este modo, ofrece protección contra los picos de tensión, muy comunes en cualquier aplicación.

Técnica de aislamiento entre bobinas

La técnica de aislamiento entre devanados coloca una capa de aislamiento de mylar en el punto intermedio de un único devanado primario o entre devanados individuales en una configuración primaria doble.

Elegir los materiales de aislamiento adecuados

El material de aislamiento del transformador toroidal determina su seguridad y vida útil. Cuanto mejor sea el material de aislamiento, mayor será la resistencia al impacto. Un aislamiento adecuado reduce en gran medida la posibilidad de cortocircuitos y fugas, lo que permite una vida útil muy larga del transformador.

En general, todos los transformadores deben cumplir las normas de seguridad internacionales, como las emitidas por Underwriters Laboratories (UL) y la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI). Estos códigos de seguridad especifican los datos de aislamiento para el aislamiento de base plástica de tipo seco utilizado entre los devanados primario y secundario de los transformadores toroidales de potencia, como el grosor total mínimo del aislamiento (DTI), el número mínimo de capas de película plástica y la distancia de fuga mínima a lo largo de la superficie del material aislante.

Los transformadores toroidales requieren aislamiento en distintos lugares o fases de construcción. Las normas internacionales de seguridad especifican los requisitos mínimos para el grosor total del aislamiento, así como el número de capas de aislamiento y las líneas de fuga necesarias. El aislamiento se realiza entre el núcleo toroidal y el primer devanado (aislamiento de tierra), entre devanados sucesivos (aislamiento entre devanados) y en el exterior del último devanado (envoltura exterior).

El núcleo aislante suele fabricarse de una de las siguientes maneras:

1. Curado de una capa aislante de material plástico o cerámico en la superficie exterior del núcleo.
2. Colocación de tapones de plástico en la parte superior e inferior del núcleo.
3. Enrollar una tira estrecha de material plástico de forma solapada a través del orificio central del toroide.

Los dos primeros métodos de aislamiento de núcleos no son adecuados para el aislamiento dispuesto sobre un bobinado, porque un bobinado no puede soportar la alta temperatura de curado, y el tamaño y las formas de los bobinados son tan variables que no se pueden utilizar tapones estandarizados. Por tanto, el aislamiento en bobinados se realiza casi exclusivamente enrollando una tira estrecha de material plástico a través del centro del toroide de forma solapada.

Impregnación

Los transformadores de baja potencia y cableado pequeño pueden impregnarse para prolongar su vida útil y evitar cortocircuitos. En aplicaciones especiales, como las de audio, el núcleo toroidal suele impregnarse para detener los zumbidos audibles.

Cables y fundas

Al igual que ocurre con el aislamiento, los cables conductores y los manguitos deben cumplir las normas de seguridad internacionales. Talema suele utilizar cables conductores de categoría UL AVLV2 con un mínimo de 300 V, y manguitos de categoría UL YDPU2/UZFT2 con un mínimo de 300 V para los tubos. Ambos se seleccionan de acuerdo con las normas EN61558, UL5085, UL60601-1 y UL62368. Los hilos conductores y el material de los manguitos de categorías de tensión/temperatura más altas se utilizan en transformadores de clases de aislamiento más altas (clase B y F).

Escudo electrostático

A veces se añaden pantallas electrostáticas a los transformadores toroidales para filtrar las interferencias electrostáticas de la red eléctrica y derivar a tierra en caso de fallo del aislamiento principal. Las pantallas se construyen con una bobina de cobre, aislada con poliéster, que suele enrollarse entre los devanados primario y secundario. Existen dos técnicas de construcción: exterior cerrada y exterior abierta.

Escudo magnético

Los transformadores toroidales ya tienen por naturaleza campos de fuga magnéticos bajos. Si se requiere una mayor reducción, los transformadores pueden suministrarse con un apantallamiento magnético adicional. Este apantallamiento utiliza una fina lámina de acero al silicio de grano orientado con múltiples capas firmemente enrolladas alrededor de la circunferencia del transformador toroidal y fijadas con una envoltura exterior.

Encapsulado

El material termoplástico se utiliza para el encapsulado y proporciona una excelente protección contra golpes y vibraciones. Si se desea, el material de encapsulado también puede ser conductor térmico.

Conclusión

La calidad global de un transformador toroidal viene determinado por muchas opciones de diseño. Como ocurre con cualquier componente de ingeniería, el coste depende de la calidad de los materiales y las técnicas de construcción. Los ingenieros de diseño de Talema cuentan con décadas de experiencia combinada en el diseño de componentes magnéticos personalizados y estarán encantados de ayudarle a especificar los componentes de su próximo proyecto. Póngase en contacto con nosotros ¡hoy!