¿Qué es un transformador de distribución de aleación amorfa?

En pocas palabras, un transformador de distribución de aleación amorfa es un transformador de distribución cuyo material central utiliza "aleación amorfa" en lugar de láminas de acero al silicio tradicionales. Su único objetivo principal es reducir significativamente la pérdida de potencia del propio transformador.

(haga clic en la imagen para ver el transformador de distribución de aleación amorfa)

I. Primero comprenda por qué los transformadores tienen pérdidas.

La función del transformador de distribución es convertir electricidad de alto voltaje de 10 kV en electricidad de bajo voltaje de 220 voltios para uso residencial. Este proceso en sí tiene pérdidas de energía, que se dividen principalmente en dos categorías:

• Pérdida de cobre: ​​la pérdida causada por el calentamiento cuando la corriente fluye a través de la bobina, relacionada con el tamaño de la carga.
• Pérdida de hierro (pérdida sin carga): mientras el transformador esté encendido, el núcleo de hierro se magnetizará y desmagnetizará repetidamente, lo que consume energía en el proceso. La pérdida de hierro es ininterrumpida las 24 horas del día.

Los transformadores tradicionales utilizan láminas de acero al silicio comoNúcleo de hierro, que necesita superar una gran resistencia durante la magnetización, por lo que la pérdida de hierro es alta. La aparición de materiales de aleaciones amorfas pretende solucionar este problema.

II. ¿Qué tipo de material es la aleación amorfa?

La aleación amorfa es un material metálico en el que los átomos están dispuestos en un estado desordenado.

Los átomos de los metales ordinarios (como el acero al silicio) están dispuestos regularmente, como ladrillos cuidadosamente apilados. Esto se llama "cristalino". Durante la producción de aleaciones amorfas, el metal fundido se solidifica rápidamente a una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 1 millón de grados Celsius por segundo. Los átomos se "congelan" antes de poder ordenarlos, formando una estructura desordenada similar al vidrio.

Las características que aporta esta estructura desordenada son: la magnetización es extremadamente fácil y la pérdida por histéresis es extremadamente baja.

III. Ventajas principales: Excelentes beneficios de ahorro de energía y protección del medio ambiente.

La razón principal por la que los transformadores de distribución de aleación amorfa han atraído tanta atención radica en su disruptivo rendimiento de ahorro de energía. En comparación con los transformadores tradicionales de acero al silicio, sus ventajas se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

1. Pérdida sin carga extremadamente baja: debido a la extremadamente alta eficiencia de magnetización y desmagnetización de los materiales de aleación amorfa, su pérdida de hierro (es decir, pérdida sin carga) se reduce significativamente entre un 70 % y un 80 % en comparación con los transformadores tradicionales de acero al silicio, y la corriente sin carga también se reduce en aproximadamente un 85 %. Esto significa que cuando el transformador está energizado pero no cargado, consume muy poca energía propia.

2. Beneficios ambientales significativos: La reducción de pérdidas se traduce directamente en una reducción de la demanda de generación de energía y de las emisiones de gases de efecto invernadero. Según estimaciones, si se aplican plenamente transformadores de aleación amorfa en las redes de distribución de grandes países en desarrollo como China e India, se pueden ahorrar entre 25 y 30 teravatios hora (TWh) de electricidad cada año y las emisiones de dióxido de carbono se pueden reducir entre 20 y 30 millones de toneladas.

3. Alta seguridad y confiabilidad: Los transformadores de aleación amorfa generalmente adoptan estructuras completamente selladas y diseños de tanques de aceite corrugados, que no solo no requieren mantenimiento sino que también tienen una excelente resistencia a cortocircuitos. Su material aislante tiene buena resistencia al calor y un bajo aumento de la temperatura de funcionamiento, lo que retrasa eficazmente el envejecimiento del aislamiento. Su vida útil suele alcanzar más de 20 años. Además, los transformadores de aleación amorfa de tipo seco no son combustibles, son a prueba de explosiones, no producen gases tóxicos y son extremadamente seguros.

IV. Características estructurales y proceso de fabricación.

Para aprovechar al máximo el rendimiento de los materiales de aleación amorfa, los transformadores de aleación amorfa también tienen sus propias características únicas en diseño y fabricación:

Estructura especial del núcleo de hierro: la tira de aleación amorfa es extremadamente delgada (el espesor es de solo aproximadamente 0,03 mm) y tiene una gran dureza, lo que dificulta su corte como las láminas de acero al silicio. Por lo tanto, su núcleo generalmente se compone de cuatro marcos de núcleo separados yuxtapuestos para formar un diseño trifásico de cinco columnas, y adopta un proceso de laminación para reducir el daño por corte a las propiedades magnéticas del material.

Sensibilidad al estrés y tratamiento de recocido: las aleaciones amorfas son muy sensibles al estrés mecánico y el estrés provocará un fuerte aumento de la pérdida. Por lo tanto, se debe evitar el núcleo de hierro como principal pieza de soporte de carga en el diseño estructural, y el núcleo de hierro debe someterse a un recocido estricto después del laminado para eliminar la tensión interna y restaurar sus características de baja pérdida.

Devanado de sección transversal rectangular: para que coincida con la forma del marco central, los devanados generalmente adoptan una estructura de capas rectangulares de doble capa o múltiples capas con una sección transversal rectangular, lo que hace que el diseño general sea más compacto.

V. ¿Cómo funciona?

El principio de funcionamiento es el mismo que el de todos los transformadores: inducción electromagnética. La bobina de alto voltaje y la bobina de bajo voltaje están enrolladas en el mismo núcleo de hierro y la conversión de voltaje se logra mediante un campo magnético alterno.

La única diferencia es el material del núcleo. El núcleo de aleación de hierro amorfa está compuesto por capas de tiras amorfas extremadamente delgadas (de aproximadamente 0,025 a 0,03 mm de espesor). Estas tiras suelen tener unos 170 mm de ancho y tienen forma de anillo plano.

Debido a que la resistencia de magnetización es extremadamente pequeña, incluso si funciona sin carga durante mucho tiempo, el núcleo de hierro consume muy poca energía eléctrica.

VI. ¿Dónde se utiliza principalmente?

En cualquier lugar donde se requiera suministro de energía las 24 horas y la tasa de carga no sea alta o inestable, los transformadores de aleación amorfa son muy adecuados:

• Red de distribución urbana y rural: las zonas rurales tienen cargas de energía pequeñas y largos tiempos sin carga, y el efecto de ahorro de energía es más obvio.
• Área residencial: durante el período de bajo consumo de energía por la noche, el transformador está en un estado de carga ligera durante mucho tiempo.
• Centros de datos y estaciones base de comunicaciones: funcionan durante todo el año y son muy sensibles a los costes de electricidad
• Nuevas centrales de energía: Los tiempos de generación de energía fotovoltaica y eólica son discontinuos y los transformadores suelen estar ligeramente cargados.
• Metro, aeropuertos, hospitales: requieren un suministro de energía continuo y tienen requisitos estrictos sobre el consumo de energía.

VII. Resumen

Los transformadores de distribución de aleación amorfa son equipos de distribución que ahorran energía y utilizan como núcleo un material metálico especial que es más fácil de magnetizar, de modo que el transformador puede "robar" menos electricidad en el modo de espera. Su costo de compra inicial es mayor, pero como ahorra electricidad todos los días, puede amortizarse en unos pocos años y será una ganancia neta durante más de diez años.