Els transformadors, com a dispositiu elèctric estàtic, utilitzen el principi de la inducció electromagnètica per convertir un determinat valor de tensió o corrent CA en un altre o diversos valors diferents de tensió o corrent amb la mateixa freqüència. Tenen un paper central insubstituïble en la transmissió i distribució d'energia elèctrica. Com a equip clau del sistema elèctric, els transformadors funcionen en coordinació amb el nucli de ferro i el bobinatge per transferir energia elèctrica del costat primari al costat secundari mitjançant la conversió d'energia electromagnètica, alhora que augmenta o disminueix la tensió segons les necessitats de transmissió i distribució. En tota la cadena de generació, transmissió i distribució d'energia, la capacitat dels transformadors sol ser més de tres vegades la dels generadors, i el seu rendiment afecta directament l'eficiència operativa i l'estabilitat del sistema elèctric.
Des d'una perspectiva de l'estructura bàsica, els transformadors es componen principalment de dos components bàsics: nucli de ferro i bobinatge. A més, també inclouen dipòsits d'oli, components d'aïllament,canviadors de tocs, i diversos dispositius de protecció. El nucli de ferro és la part del circuit magnètic del transformador, que proporciona un circuit magnètic tancat de baixa resistència magnètica per acoblar eficientment l'energia magnètica entre el bobinatge primari i el secundari. Per tal de reduir les pèrdues de corrent de Foucault i d'histèresi dins del nucli de ferro, el nucli de ferro sol estar fet de làmines d'acer de silici laminat en fred-que s'han aïllat a la superfície. Les làmines d'acer al silici s'han convertit en el material preferit per a la fabricació de nuclis de ferro a causa de la seva excel·lent conductivitat magnètica i baixes pèrdues. El bobinatge és la part del circuit del transformador, format per cables enrotllats entre si. El bobinatge connectat a la font d'alimentació s'anomena bobinatge primari i el bobinatge connectat a la càrrega s'anomena bobinatge secundari. El bobinatge ha de tenir una alta resistència a la calor, resistència mecànica i bones condicions de dissipació de calor per garantir el funcionament fiable del transformador. Tampoc es pot ignorar el sistema d'aïllament. La seva funció bàsica és garantir l'aïllament elèctric entre les parts actives, evitar curtcircuits, arcs i fallades i tenir un paper important en l'estabilitat tèrmica i la vida útil general dels transformadors.
El rendiment tècnic dels transformadors normalment es reflecteix en els diferents paràmetres marcats a la placa d'identificació. Les dades de la placa d'identificació inclouen principalment la capacitat nominal, la tensió nominal i la seva presa, la freqüència nominal, el grup de connexió de bobinats i les dades de rendiment nominal, com ara la tensió d'impedància, el corrent sense-càrrega, la pèrdua de càrrega sense- i la pèrdua de càrrega. La capacitat nominal es refereix a la sortida de potència aparent garantida d'un transformador en condicions de funcionament nominal, mesurada en kilovolts amperes; La tensió nominal especifica la tensió de treball que pot suportar un transformador durant el funcionament a llarg termini-. Per adaptar-se a les necessitats dels canvis de tensió a la xarxa elèctrica, normalment s'instal·la una aixeta al costat d'alta-tensió del transformador, i la tensió de sortida al costat de baixa-tensió s'ajusta ajustant el nombre de voltes del bobinatge d'alta-tensió. Sense pèrdua de càrrega es refereix a la potència activa consumida per la tensió nominal aplicada al costat primari d'un transformador quan el costat secundari està en circuit obert. Aquest indicador està estretament relacionat amb el rendiment i el procés de fabricació de la xapa d'acer de silici amb nucli de ferro; La pèrdua de càrrega es refereix a la potència consumida quan el bobinatge secundari està curtcircuitat i el corrent nominal s'aplica al bobinatge primari. La tensió d'impedància reflecteix les característiques d'impedància interna dels transformadors i és d'una gran importància per al funcionament en paral·lel i el disseny de protecció de curt{12}}circuits.
Des de la perspectiva dels tipus de producte,transformadorses pot dividir en dues categories segons els diferents mitjans de refrigeració: transformadors submergits en oli i transformadors de tipus sec-. Els transformadors immersos en oli utilitzen oli mineral o oli sintètic com a mitjà d'aïllament i refrigeració. L'oli de transformador té un excel·lent rendiment d'aïllament elèctric, que pot aïllar eficaçment els bobinats d'alta-tensió dels bobinats de baixa-tensió, evitar la ruptura de l'arc i convertir-se en un mitjà eficient de dissipació de calor a causa de la seva alta capacitat calorífica específica. Pot conduir la calor generada pel nucli de ferro i l'enrotllament cap a l'entorn extern. L'estructura d'un transformador submergit en oli inclou sis mòduls bàsics: sistema de nucli de ferro, sistema de bobinat, sistema d'aïllament, sistema de dipòsit d'oli, sistema de refrigeració i dispositiu de protecció. En el sistema elèctric, els transformadors immersos en oli realitzen tasques clau com ara la conversió de tensió, la transmissió d'energia i la distribució. La seva funció recorre tota la cadena elèctrica, des de l'augment de tensió pel costat de la generació fins a la regulació de la tensió a l'enllaç de transmissió, i després fins a l'adaptació de la tensió pel costat de la distribució. Els transformadors immersos en oli s'utilitzen principalment a l'aire lliure o en aplicacions que requereixen una alta densitat de potència i un funcionament a llarg termini, com ara subestacions grans, sistemes de transmissió d'energia i instal·lacions industrials pesades.
El contrari dels transformadors submergits en oli són els transformadors de tipus sec-, que utilitzen aire o altres gasos secs com a mitjà d'aïllament i refrigeració. Com que no utilitzen oli aïllant inflamable, els transformadors de tipus sec-tenen avantatges importants en seguretat contra incendis i s'utilitzen àmpliament en llocs interiors que requereixen prevenció d'incendis i explosions, com ara grans edificis comercials, hospitals, estacions de metro, edificis-de gran alçada i centres de dades. Els transformadors de tipus sec solen ser de mida petita i adequats per a la instal·lació en llocs amb espai limitat, però els seus materials d'aïllament sòlid tenen capacitats de transferència de calor relativament limitades i, de vegades, requereixen sistemes de refrigeració addicionals per mantenir les temperatures de funcionament normals. Des d'una perspectiva de costos, la inversió inicial dels transformadors de tipus sec-acostuma a ser superior a la dels transformadors submergits en oli, però a causa del seu manteniment més fàcil i la manca de substitució periòdica de l'oli d'aïllament, poden tenir una millor viabilitat econòmica a llarg termini-. En la selecció de projectes específics, l'elecció de transformadors de tipus sec o immersos en oli-normalment requereix una consideració exhaustiva de diversos factors, com ara els escenaris d'aplicació, les condicions ambientals, els requisits de prevenció d'incendis i les limitacions pressupostàries.
El procés de fabricació dels transformadors és un factor clau per determinar el seu rendiment i fiabilitat. El procés de fabricació complet cobreix processos principals com ara la fabricació de components d'aïllament, la fabricació de bobines, la fabricació de nuclis de ferro, la fabricació de dipòsits de combustible i components estructurals i el muntatge final. El procés de fabricació de nuclis de ferro inclou principalment el tall longitudinal i transversal de làmines d'acer al silici, l'apilament i l'enquadernació de nuclis de ferro i el tractament de segellat d'aïllament de les cares extremes del nucli de ferro. El modern procés d'apilament del nucli de ferro adopta una plataforma pneumàtica d'apilament i de peu, i utilitza un dispositiu de posicionament especialment dissenyat per garantir que les fitxes de ferro estiguin fermament unides, reduint així les pèrdues i el soroll. La fabricació de bobines inclou passos com ara bobinat, assecat, fosa al buit o impregnació, curat i anivellament de bobines d'alta i baixa tensió. En la fabricació de transformadors de tipus sec-, el procés de colada al buit de bobines d'alta-tensió és especialment crític. La resina epoxi penetra completament a l'interior de la bobina en condicions de buit i, després de la curació, forma una capa d'aïllament sòlida densa, millorant significativament el rendiment d'aïllament i la resistència al curt-circuit del producte. El procés de muntatge final inclou el desmuntatge i el muntatge del nucli de ferro, el muntatge de la bobina, la fixació de pinces, les proves de fàbrica i la instal·lació d'accessoris, i cada pas requereix un estricte control de qualitat. Per als transformadors submergits en oli, el tractament d'assecat del cos, el tractament d'oli del transformador i el procés d'immersió d'oli al buit són igualment crucials, ja que aquests processos afecten directament el nivell d'aïllament i la vida útil del producte.
Amb la promoció contínua de la transformació de l'estructura energètica global i l'actualització digital industrial, la indústria dels transformadors està experimentant canvis profunds. En el context macro de l'objectiu de "doble carboni", l'alta eficiència i la conservació d'energia s'han convertit en la direcció bàsica del desenvolupament de la tecnologia del transformador. El Pla d'implementació per al desenvolupament d'equips d'estalvi d'energia d'alta qualitat (2026-2028) publicat pel Ministeri d'Indústria i Tecnologia de la Informació de la Xina estableix clarament un objectiu quantitatiu d'afegir més del 75% dels transformadors d'estalvi d'energia-d'alta eficiència- i aconseguir el 15% dels transformadors d'estalvi d'energia-2}2. el nivell d'ecologització, les capacitats d'R+D i de fabricació dels transformadors d'alta-eficiència i estalvi d'energia-augmenten constantment, i la quota de mercat de productes de baix-carboni, com ara transformadors d'aliatge amorf i transformadors de nucli de ferro bobinat en tres-dimensionalitat s'està expandint gradualment. Prenent com a exemple els materials d'aliatge amorf, el seu rendiment de magnetització és molt millor que l'acer de silici tradicional, que pot reduir la pèrdua sense càrrega dels transformadors de distribució entre un 60% i un 70%. Amb la maduresa de la cadena industrial, la seva economia és cada cop més destacada. Al mateix temps, s'accelera la tendència de substituir l'oli mineral per mitjans d'aïllament respectuosos amb el medi ambient. Els líquids d'aïllament degradables i d'alt punt d'ignició, com l'oli d'èster natural, estan substituint gradualment l'oli mineral tradicional en requisits d'alta seguretat contra incendis. Alguns productes han aconseguit avenços revolucionaris en la reducció de les emissions de carboni en un 98% i la taxa de biodegradació en un 100%.
La intel·ligència també és una direcció important per al desenvolupament de la indústria dels transformadors. La intel·ligència artificial, les grans dades i les tecnologies IoT estan transformant els transformadors tradicionals de "dispositius estúpids" passius a terminals intel·ligents que són perceptibles, analitzables, predictibles i interactius. Mitjançant la incorporació de sensors als transformadors per supervisar variables d'estat multi-dimensionals, com ara l'espectre de color d'oli, descàrrega parcial, punts calents de bobinatge i vibració en temps real-, i utilitzant bessons digitals basats en núvol per predir les tendències d'envelliment de l'aïllament i possibles errors, el mode d'operació i manteniment està canviant del "manteniment regular" tradicional al "manteniment precís". El valor fonamental de la intel·ligència rau en la predicció de l'estat i la preoperació i manteniment, permetent als gestors d'equips prendre mesures preventives abans que es produeixin avaries, millorant així significativament la fiabilitat operativa del sistema elèctric.
En el context del comerç internacional, la comprensió i el compliment de les normes i especificacions tècniques internacionals rellevants és una condició necessària per al negoci d'exportació de transformadors. Els sistemes estàndard més utilitzats a nivell mundial inclouen actualment els estàndards de la sèrie IEC 60076 de la Comissió Electrotècnica Internacional, els estàndards de la sèrie IEEE C57 dels Estats Units i els estàndards nacionals de la sèrie GB/T 1094 de la Xina. L'estàndard IEC posa l'accent en la universalitat global i la intercanviabilitat, i és la base perquè la majoria de països i regions formulin les seves pròpies regulacions sobre transformadors; Els estàndards IEEE dominen als Estats Units, el Canadà i alguns països d'Amèrica Llatina, i imposen requisits més estrictes de resistència mecànica i seguretat operativa a llarg termini-; L'estàndard GB integra els conceptes tècnics de l'IEC i s'adapta a les condicions de funcionament de la xarxa elèctrica xinesa, alhora que inclou requisits de proves addicionals per a condicions especials de treball, com ara entorns d'alta humitat i alta contaminació. Hi ha diferències en el nivell d'aïllament, el límit d'augment de temperatura, la capacitat de resistència a curt-circuits i els mètodes de prova entre diferents sistemes estàndard. Per exemple, a les proves d'impuls de llamp, la durada de tall especificada per IEC difereix de l'interval especificat per IEEE, reflectint consideracions de marge de seguretat en diferents camins tècnics. Per a les empreses dedicades a negocis d'exportació de transformadors, identificar amb precisió el sistema estàndard aplicable al mercat objectiu i garantir que els productes compleixen els requisits locals en termes de compliment tècnic és un requisit previ clau per evitar barreres comercials i garantir el bon progrés dels projectes.
