¡Yo! Como proveedor de transformadores eólicos, a menudo me preguntan sobre la base teórica detrás de estas increíbles piezas de tecnología. Entonces, pensé que te lo desglosaría en esta publicación de blog.
Comencemos con lo básico. Un transformador eólico es un componente clave en los sistemas de generación de energía eólica. Su trabajo principal es aumentar o bajar el voltaje de la electricidad producida por las turbinas eólicas. Pero para comprender cómo hace eso, tenemos que profundizar en algunas teorías eléctricas fundamentales.
Inducción electromagnética
En el corazón de cada transformador, incluidos los transformadores eólicos, se encuentra el principio de inducción electromagnética. Esto fue descubierto por Michael Faraday en el siglo XIX. Establece que cuando un conductor se coloca en un campo magnético cambiante, se induce una fuerza electromotriz (EMF) en el conductor.
En un transformador eólico, tenemos dos bobinas de alambre: la bobina primaria y la bobina secundaria. Estas bobinas se enrollan alrededor de un núcleo hecho de un material magnético, generalmente de hierro. Cuando una corriente alterna (AC) fluye a través de la bobina primaria, crea un campo magnético cambiante en el núcleo. Este campo magnético cambiante induce un EMF en la bobina secundaria.
La relación entre el número de giros en las bobinas primarias y secundarias y los voltajes inducidos viene dada por la ecuación del transformador:
$ V_p / v_s = n_p / n_s $
Cuando $ V_P $ es el voltaje en la bobina primaria, $ V_S $ es el voltaje en la bobina secundaria, $ N_P $ es el número de turnos en la bobina primaria y $ N_S $ es el número de turnos en la bobina secundaria.
Esta ecuación nos dice que si queremos intensificar el voltaje (aumentar $ v_s $), necesitamos tener más giros en la bobina secundaria que en la bobina primaria ($ n_s> n_p $). Por el contrario, si queremos renunciar al voltaje, necesitamos menos giros en la bobina secundaria ($ N_S <N_P $).
¿Por qué dar un paso adelante o bajar?
Tal vez se pregunte por qué necesitamos aumentar o bajar el voltaje en un sistema de energía eólica. Bueno, todo se reduce a la eficiencia y la transmisión.
Cuando una turbina eólica genera electricidad, el voltaje suele ser relativamente bajo. Pero para una transmisión eficiente de electricidad a larga distancia, necesitamos intensificar el voltaje. Esto se debe a que la pérdida de potencia en una línea de transmisión está dada por $ P_ {Loss} = i^{2} r $, donde $ i $ es la corriente que fluye a través de la línea y $ r $ es la resistencia de la línea. Al intensificar el voltaje, podemos reducir la corriente (ya que $ P = VI $, donde $ P $ es la potencia), y así reducir la pérdida de potencia durante la transmisión.
Por otro lado, cuando la electricidad llega a su destino, como un área residencial o una planta industrial, necesitamos bajar el voltaje a un nivel seguro y utilizable. Ahí es donde entran los Transformadores de paso hacia abajo.
Tipos de transformadores de viento
Existen diferentes tipos de transformadores eólicos, cada uno diseñado para aplicaciones específicas. Algunos son similares a otros tipos de transformadores con los que puede estar familiarizado, como elTransformador fotovoltaico,Transformador rectificador, yTransformador de distribución.
- Generador - Transformadores laterales: Estos están conectados directamente a los generadores de turbinas eólicas. Su función principal es intensificar la electricidad de bajo voltaje generada por las turbinas a un nivel de voltaje medio adecuado para la recolección y distribución local dentro del parque eólico.
- Transformadores de subestación: Estos son transformadores más grandes ubicados en la subestación del parque eólico. Suben la electricidad media de voltaje desde el generador - transformadores laterales a un nivel de voltaje alto para la transmisión de distancia larga a la cuadrícula.
- Grid - Transformadores de conexión: Estos transformadores se utilizan para conectar el parque eólico a la red eléctrica existente. Se aseguran de que el voltaje y la frecuencia de la electricidad del parque eólico coincidan con los de la red.
Diseño y materiales del núcleo
El núcleo de un transformador eólico juega un papel crucial en su rendimiento. Como se mencionó anteriormente, generalmente está hecho de hierro u otros materiales magnéticos. La elección del material central y su diseño puede afectar la eficiencia, el tamaño y el costo del transformador.
- Núcleos laminados: La mayoría de los transformadores de viento usan núcleos laminados. Las laminaciones son láminas delgadas de material magnético que están aislados entre sí. Esto ayuda a reducir las pérdidas de corriente de Eddy. Las corrientes de Eddy son corrientes circulantes inducidas en el núcleo en sí por el campo magnético cambiante. Mediante el uso de núcleos laminados, podemos romper estas corrientes remolinos y minimizar las pérdidas de energía asociadas.
- Núcleos de metal amorfo: En algunos transformadores eólicos de alta eficiencia, se utilizan núcleos de metal amorfo. Los metales amorfos tienen una estructura atómica desordenada, lo que les da pérdidas de núcleo más bajas en comparación con los núcleos de hierro laminado tradicionales. Sin embargo, son más caros, por lo que generalmente se usan en aplicaciones donde la alta eficiencia es una prioridad.
Sistemas de enfriamiento
Los transformadores eólicos generan calor durante la operación debido a las pérdidas de potencia en las bobinas y el núcleo. Para garantizar su operación confiable y eficiente, se requieren sistemas de enfriamiento adecuados.
- Transformadores enfriados al aceite: Muchos transformadores de viento son aceite enfriados. El transformador está lleno de un aceite aislante especial que no solo proporciona aislamiento eléctrico, sino que también ayuda a transferir el calor de las bobinas y el núcleo. El aceite se distribuye a través de un sistema de enfriamiento, que puede incluir radiadores o intercambiadores de calor, para disipar el calor en el entorno circundante.
- Transformadores de aire enfriado: En algunos casos, especialmente para transformadores eólicos más pequeños o en áreas donde los sistemas enfriados por aceite no son adecuados, se utilizan sistemas refrigerados de aire. Estos transformadores tienen aletas u otras estructuras de disipación de calor en su superficie externa, y los ventiladores se usan para soplar aire sobre estas superficies para eliminar el calor.
Conclusión
Entonces, ahí lo tienes, la base teórica de los transformadores eólicos. Desde la inducción electromagnética hasta la transformación de voltaje, el diseño del núcleo y los sistemas de enfriamiento, cada aspecto de estos transformadores se basa en principios eléctricos y magnéticos bien establecidos.
Si está buscando un transformador eólico, ya sea para un proyecto de viento pequeño a escala o un parque eólico a gran escala, lo tenemos cubierto. Nuestros transformadores eólicos están diseñados y fabricados con los más altos estándares, lo que garantiza una alta eficiencia, confiabilidad y rendimiento a largo plazo.
No dude en comunicarse con nosotros para discutir sus requisitos específicos y comenzar el proceso de adquisición. Estamos aquí para ayudarlo a aprovechar al máximo su inversión en energía eólica.
Referencias
- Grover, FW (1946). Cálculos de inductancia: fórmulas y tablas de trabajo. Publicaciones de Dover.
- Chapman, SJ (2012). Fundamentos de maquinaria eléctrica. McGraw - Educación de Hill.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr. y Umans, SD (2003). Maquinaria eléctrica. McGraw - Educación de Hill.
