En la discusión de los principios básicos de los transformadores de doble devanado, se supone que el devanado del transformador está compuesto por un devanado primario y un devanado secundario que están separados entre sí. Cada devanado del transformador es cilíndrico y concéntrico con la columna del núcleo de hierro del devanado del conjunto, lo que proporciona un circuito magnético con un valor de resistencia magnética más bajo para el flujo magnético principal. Ya sea que se trate de una estructura de transformador monofásico-o de una estructura de transformador trifásico-, el circuito magnético con núcleo de hierro debe estar cerrado y también rodear el devanado. Además de determinar el tamaño total del transformador, el tamaño de los dos devanados concéntricos también determina el tamaño de la ventana del núcleo de hierro, determinando así el tamaño del núcleo de hierro. El tamaño del núcleo de hierro determina la magnitud de la pérdida del núcleo de hierro para una tira de acero eléctrica y una densidad de flujo magnético determinadas. Los diseñadores deben hacer que la disposición del devanado sea lo más compacta posible, y los factores que dificultan la compacidad de la estructura del devanado son los conductos de aceite de refrigeración y el espacio de aislamiento requeridos, así como el uso de secciones transversales-de alambre del mayor tamaño posible para reducir las pérdidas de carga.
La pérdida de carga de un transformador es la pérdida causada por la corriente de carga, que varía con la segunda potencia de la corriente de carga. Las pérdidas de carga generadas en los transformadores se pueden atribuir a tres partes: pérdidas por resistencia; La pérdida por corriente parásita generada en el devanado cuando el flujo magnético de fuga alterna pasa a través del cable del devanado; Las llamadas-pérdidas parásitas causadas por el flujo magnético alterno parásito relacionado con la carga dentro de componentes como cables, abrazaderas y tanques de combustible.
En la situación actual, siguen siendo las pérdidas parciales en el devanado las que tienen el mayor impacto en las pérdidas totales de carga. Como sugiere el nombre, la generación de pérdida por resistencia se basa en el hecho de que debe haber resistencia en el devanado, por lo que esta parte de la pérdida no se puede eliminar por completo. Sin embargo, los diseñadores de transformadores pueden encontrar formas de reducir la pérdida de resistencia. Estos métodos utilizan la menor cantidad de vueltas posible; Aumente el área de la sección transversal-de cada vuelta de cable; Utilice materiales con menor resistividad eléctrica, que generalmente se refiere al cobre con mayor conductividad.
Usar el número mínimo de vueltas significa que se debe usar un núcleo de hierro que pueda generar el flujo magnético total más alto posible, lo que incluye dos aspectos: seleccionar la sección transversal-del núcleo de hierro más grande posible y seleccionar el valor de densidad de flujo magnético del núcleo de hierro más alto posible. La consecuencia de hacerlo es inevitablemente aumentar el tamaño del núcleo de hierro (incluidas las abrazaderas), aumentando así el peso y la pérdida del núcleo de hierro. La reducción de la pérdida de carga conduce a un aumento de la pérdida del núcleo de hierro y viceversa. Por supuesto, el aumento en el tamaño del núcleo de hierro también aumenta el denominador en la expresión del porcentaje de reactancia. Para compensarlo y mantener el valor de impedancia sin cambios, es necesario reducir la altura axial del devanado y, al mismo tiempo, reducir el número de vueltas del devanado (lo que puede reducir las pérdidas de carga). La disminución de la altura axial del devanado significa una disminución de la altura de la columna del núcleo de hierro, que en cierta medida compensa el aumento del peso del núcleo de hierro provocado por el aumento del tamaño del núcleo de hierro. De esta forma, debido a la compensación mutua de uno o dos cambios de tamaño estructural, la variación en las pérdidas del transformador no será demasiado significativa. Por lo tanto, el tamaño estructural óptimo se puede seleccionar en función de otros factores, como la relación entre pérdida de carga y pérdida sin carga o la limitación de la altura de transporte (que están estrechamente relacionados con el tamaño de la altura del núcleo de hierro).
La consecuencia de aumentar el área de la sección transversal-del cable de bobinado es un aumento de las pérdidas por corrientes parásitas en el bobinado (además, también puede causar un aumento en el tamaño de la ventana del núcleo de hierro, lo que resulta en un aumento general del tamaño del núcleo de hierro). La razón de la pérdida por corrientes parásitas se debe al flujo de fuga que pasa a través de los cables del devanado. El flujo de fuga que pasa a través del cable de bobinado genera voltaje inducido y la corriente resultante es ortogonal a la corriente de carga y al flujo de fuga. Cuanto mayor sea el área de la sección transversal-del cable de bobinado, menor será su impedancia a las corrientes parásitas, lo que resultará en corrientes parásitas más grandes. La única forma de aumentar la impedancia de las corrientes parásitas sin reducir el área de la sección transversal-de cada vuelta del devanado es dividir cada vuelta del cable en hilos de alambre más pequeños y aislarlos entre sí, al mismo tiempo que se reposicionan a lo largo de la altura del devanado. La cuestión de la transposición de los alambres de bobinado se discutirá en la sección sobre estructura de bobinado a continuación. Aunque los trabajadores de bobinado prefieren usar alambres de sección transversal más pequeña-para enrollar los devanados (porque los alambres de sección transversal pequeña-son fáciles de enrollar en moldes de alambre), en general, cuanto más alambres de bobinado paralelos haya, mayor será el costo de fabricación. Por lo tanto, los fabricantes de transformadores generalmente esperan limitar el número de cables de bobinado paralelos a un nivel aceptable de pérdidas por corrientes parásitas. Además, el aumento en el número de alambres de devanado paralelo acompañado por aislamiento entre hilos dará como resultado una disminución en el ciclo de trabajo del devanado, que es otro factor que requiere reducir el número de alambres de devanado paralelo.
Como se mencionó anteriormente, las corrientes parásitas en los cables de bobinado son causadas por un flujo de fuga, por lo que reducir el flujo de fuga puede reducir el valor de las corrientes parásitas. Obviamente, las pérdidas por corrientes parásitas en los devanados de transformadores con menor impedancia son menores que las de los devanados de transformadores con mayor impedancia. El valor de impedancia magnética de fuga baja es consistente con la altura axial del devanado más grande. Es decir, los devanados delgados y altos tienen menos flujo de fuga que los devanados cortos y gruesos, por lo que los primeros tienden a tener corrientes parásitas en los devanados más pequeñas. Otro problema obvio es que la mayor parte del flujo de fuga en el devanado alto delgado es flujo de fuga axial. También se puede demostrar que en el caso en que la mayor parte del flujo de fuga sea flujo axial, reducir el tamaño del alambre de bobinado en la dirección radial perpendicular al campo magnético de fuga puede lograr el objetivo de reducir las corrientes parásitas. Para estructuras de devanados cortos y gruesos, el flujo de fuga tendrá un componente radial significativo, especialmente en el área cercana al final del devanado. Por lo tanto, el cable de bobinado también debe dividirse en más y más pequeños hilos en la dirección axial (teóricamente, esto sólo es necesario al final del bobinado, pero en general, no es fácil cambiar el número de cables en el medio del bobinado). Otro método para controlar las corrientes parásitas en los devanados es utilizar blindaje magnético para corregir la dirección del flujo de fuga, asegurando que no atraviesen el conjunto del disco; Incluso cuando el flujo de fuga pasa a través del devanado, el flujo de fuga debe consistir principalmente en componentes axiales. Estas medidas sólo son económicas para su uso en transformadores de alta impedancia con mayores capacidades.
En este caso, las corrientes parásitas sinuosas son una cuestión especialmente importante. Los fabricantes de transformadores han descubierto en la práctica que limitar las pérdidas por corrientes parásitas a alrededor del 25% de las pérdidas por resistencia es el enfoque más económico. Sin embargo, el nivel requerido de complejidad estructural para lograr los objetivos anteriores varía según la situación. Para transformadores con menor impedancia, las pérdidas por corrientes parásitas se pueden reducir significativamente a menos del 25% de las pérdidas por resistencia sin necesidad de otras medidas especiales.
