Ca dispozitiv static care transformă energia electrică în tensiune pe baza principiului inducției electromagnetice, funcționarea stabilă a unui transformator de putere depinde în mare măsură de proiectarea structurală precisă și de funcționarea coordonată a diferitelor sale componente. Structura generală poate fi împărțită în părți principale, cum ar fi miezul, înfășurările, sistemul de izolație, rezervorul și sistemul de răcire, comutatorul de prize și accesoriile. Fiecare parte reflectă logica inginerească riguroasă în selecția materialului, aspectul geometric și implementarea funcțională.
Miezul este corpul principal al circuitului magnetic al transformatorului, responsabil pentru ghidarea și concentrarea fluxului magnetic. Pentru a reduce histerezisul și pierderile de curenți turbionari, miezul este de obicei realizat din foi de oțel siliciu orientate cu granule-stivuite de-a lungul direcției fluxului magnetic, cu lac izolator aplicat între foi pentru a bloca traseele curenților turbionari. Transformatoarele mari moderne folosesc adesea procese de stivuire a îmbinărilor în trepte sau complet oblice pentru miezurile lor pentru a reduce golurile de aer și reluctanța magnetică, îmbunătățind permeabilitatea și eficiența de funcționare. Designul structural al stâlpilor de miez și al jugului trebuie să asigure o distribuție uniformă a fluxului magnetic pentru a evita încălzirea suplimentară și zgomotul cauzat de saturația locală.
Înfășurările sunt nucleul circuitelor transformatorului, formate prin înfășurarea materialelor de cupru sau aluminiu foarte conductive pe cilindri sau suporti izolatori într-un aranjament concentric sau suprapus. Înfășurarea primară este conectată la partea de alimentare, în timp ce înfășurarea secundară emite tensiunea transformată; ambele sunt cuplate printr-un flux magnetic comun. Secțiunea transversală-și numărul de spire ale conductorilor înfășurării sunt determinate de capacitatea nominală și raportul de tensiune, iar proiectarea ia în considerare densitatea curentului, limitele de creștere a temperaturii și rezistența mecanică pentru a rezista la supratensiuni de curent de scurt-circuit și la îmbătrânirea termică-pe termen lung. Izolația interstrat și inter-turnări utilizează materiale izolatoare cu hârtie-,-izolate cu peliculă sau compozite pentru a asigura o izolare electrică fiabilă.
Sistemul de izolație este o barieră critică care asigură funcționarea în siguranță a transformatorului, cuprinzând diferite forme, cum ar fi izolația solidă, izolația lichidă și izolația cu gaz. Transformatoarele imersate în ulei-utiliză în mod obișnuit ulei mineral izolator, care servește atât funcții de izolare, cât și de răcire; golurile de ulei sunt distribuite între înfășurări, între înfășurări și miez și în interiorul rezervorului. Transformatoarele de tip uscat-, pe de altă parte, folosesc turnare cu rășină epoxidică sau filme izolatoare pentru izolație complet închisă, potrivite pentru locații cu cerințe ridicate de siguranță la incendiu. Designul structurii de izolație trebuie să ia în considerare rezistența dielectrică, stabilitatea termică și durata de viață, permițând în același timp suficiente marje pentru a face față supratensiunii și coroziunii umidității.
Rezervorul de ulei și sistemul de răcire constituie carcasa mecanică și sistemul de management termic al transformatorului. Rezervorul de ulei nu numai că găzduiește miezul, înfășurările și uleiul izolator, dar rezistă și presiunii interne a uleiului și sarcinilor externe ale mediului. Metodele de răcire sunt clasificate pe baza cerințelor de capacitate și de disipare a căldurii, inclusiv auto-răcire, răcire cu aer, circulație forțată a uleiului și circulație ghidată a uleiului. Componentele precum radiatoarele, pompele de ulei și ventilatoarele lucrează împreună pentru a disipa rapid căldura generată în timpul funcționării, menținând temperaturile înfășurării și uleiului în limitele de proiectare.
Întrerupătoarele sunt utilizate pentru a regla raportul de rotație al transformatorului pentru a compensa fluctuațiile de tensiune din rețea sau pentru a optimiza distribuția sarcinii. Comutatoarele la-încărcare pot comuta robinetele fără întrerupere a alimentării, au o structură complexă și necesită standarde extrem de ridicate de stingere a arcului și de izolare. Întrerupătoarele de oprire-încărcare trebuie să funcționeze în condiții de-închis și sunt utilizate mai ales în aplicații cu domenii mici de reglare a tensiunii sau cerințe scăzute de continuitate.
Sistemul de accesorii include un conservator de ulei, un dezumidificator, o țeavă antiexplozie-, o supapă de limitare a presiunii, un termometru, un indicator al nivelului de ulei și un releu de gaz, care realizează, respectiv, funcții precum reglarea nivelului uleiului, protecția împotriva umidității, protecție la supratensiune și monitorizarea temperaturii și a stării gazului, oferind informații importante pentru monitorizarea și întreținerea funcționării transformatorului.
În rezumat, structura unui transformator de putere este o unitate organică de circuit magnetic, circuit electric, izolație, răcire și funcții de monitorizare. Standardele înalte necesare pentru performanța materialului, precizia geometrică și controlul procesului pentru fiecare componentă asigură funcționarea sigură, stabilă și economică a echipamentului în condiții de înaltă tensiune, capacitate mare și condiții complexe de funcționare și oferă, de asemenea, o bază hardware solidă pentru alimentarea fiabilă a sistemului de alimentare.