Come progettare un trasformatore industriale

Sep 16, 2023

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I trasformatori sono parti critiche dei sistemi di distribuzione dell'energia in tutto il settore industriale. Garantiscono che la giusta quantità di energia raggiunga il carico rispetto alla piena capacità dell'infrastruttura di fornitura

I trasformatori industriali hanno un impatto significativo sulle prestazioni della distribuzione elettrica e sulla soddisfazione delle esigenze dei processi. Un trasformatore costruito o dimensionato in modo inadeguato comprometterà l'efficacia e il successo delle vostre operazioni e minaccerà la conformità normativa.

Ecco cosa sapere sulla progettazione dei trasformatori industriali, comprese considerazioni essenziali sul dimensionamento e sulla selezione dei componenti.

I decisori devono decidere tra le due principali categorie di trasformatori industriali: trasformatori a secco e trasformatori riempiti di liquido. I fattori che influiscono su questa decisione includono l’ubicazione, l’ambiente, l’esborso dei costi mirati e la configurazione esistente del sistema elettrico.

Quest'ultimo tipo presenta alcuni svantaggi nonostante i carichi di potenza più elevati. I trasformatori a secco necessitano di coperture assicurative e sistemi di ventilazione più robusti, ma la loro possibilità di installazione in loco rappresenta un grande vantaggio.

Un altro passaggio fondamentale è determinare il tipo di nucleo richiesto dal trasformatore. Ciò avviene in due fasi.

Ecco alcune linee guida di selezione fondamentali in base alle frequenze operative:

Alcuni tipi di nucleo necessitano di una bobina mentre altri no: verifica con i produttori dei componenti per essere sicuro dei requisiti specifici della tua applicazione.

Secondo Texas Instruments, un aumento di temperatura accettabile per un trasformatore industriale è dell'ordine di 40-50 °C. Ciò comporterebbe una temperatura interna di 100 °C al massimo. Si noti che i nuclei più grandi riducono la velocità di aumento della temperatura all'interno dei trasformatori. Gestire la temperatura in modo efficace è un altro passo per gestire le perdite di potenza e garantire un’efficienza soddisfacente.

L'ottimizzazione delle dimensioni del trasformatore industriale nuovo o sostitutivo è fondamentale per ottenere costi energetici accettabili nel tempo. I decisori devono garantire che il trasformatore abbia una domanda adeguata e valori nominali di carico collegati. Il carico collegato, misurato in kVA (kilovolt-ampere), è sempre maggiore del carico richiesto, ma quest'ultimo deve corrispondere alla comprensione delle esigenze operative da parte del team di ingegneri.

Il modo migliore per ottimizzare le dimensioni del trasformatore è utilizzare i dati storici. Secondo le linee guida NEC 220.87, gli ingegneri possono utilizzare un anno di dati accumulati sui carichi di punta per ottimizzare il loro nuovo trasformatore. Se queste informazioni non sono disponibili, NEC consente anche l'uso dei dati di carico di punta misurati di 30 giorni. Entrambi i metodi richiedono intervalli corrispondenti tra i dati relativi al fabbisogno di riscaldamento e raffreddamento: rispettivamente un anno o 30 giorni.

Il costo non è l’unica variabile influenzata dal dimensionamento. I trasformatori delle giuste dimensioni, rispetto a quelli troppo grandi, riducono l'impatto dei rischi energetici e il rischio di archi elettrici.

I trasformatori industriali si suddividono ulteriormente tra monofase e trifase. I trasformatori monofase hanno un componente di avvolgimento primario e uno secondario, mentre i modelli trifase necessitano di tre avvolgimenti primari e tre secondari.

Non dovrai preoccuparti del tipo di avvolgimento in un trasformatore monofase. Tuttavia, per ottenere le prestazioni desiderate di un trasformatore trifase è necessario selezionare gli avvolgimenti primari e secondari corretti. Questi includono avvolgimenti a stella (stella), a triangolo (maglia) e interconnessi (zig-zag).

Scegli con attenzione: alcuni compromessi e vantaggi sono associati a vari accoppiamenti di tipi di avvolgimento. Ad esempio, una configurazione di collegamento stella-triangolo è migliore per il trasferimento di carichi sbilanciati ed è più frequentemente associata a trasformatori step-down. Le disposizioni stella-stella hanno i loro vantaggi, come la necessità di meno giri di avvolgimento attorno al nucleo.