Tipos de laminación del núcleo del transformador: Comparación de núcleos EI, UI, step-lap y bobinados

Este artículo trata de la parte que todo el mundo se salta: cómo la pila de laminación que elija decide en silencio las pérdidas, el ruido y el dolor de fabricación.

Seremos prácticos y un poco directos: EI, UI, step-lap y núcleos bobinados tal y como aparecen en las órdenes de compra reales.

1. En primer lugar, alinearse en términos

Recapitulación muy breve, sólo para sincronizar vocabulario:

• Laminados EI - Estampados E e I apilados para formar núcleos tipo concha. El caballo de batalla genérico desde EI-26 hasta EI-240+ en la mayoría de los catálogos.
• Laminados UI - Estampados en U e I para construcciones con núcleo, a menudo utilizados cuando la inserción de la bobina debe ser fácil y el acceso a la ventana es importante.
• Núcleos escalonados - no una nueva forma, sino una estrategia conjuntaLas uniones de yugo se cortan y solapan en varios “pasos” pequeños en lugar de una gran junta recta o una simple solapa.
• Núcleos heridos - Tira de acero eléctrico cortada y enrollada en forma de anillo cerrado, a veces cortada/abierta para su montaje. Incluye construcciones bobinadas en 3D trifásicas y variantes con acero amorfo o nanocristalino.

Todo lo demás en este artículo asume que usted se siente cómodo con la densidad de flujo, la magnetostricción y la separación de pérdidas. Así que pasaremos directamente a las compensaciones.

2. Pilas de laminación EI: el modelo que sigue ganando licitaciones

La mayoría de los diseñadores parten de la IE no porque sea “lo mejor”, sino porque la El ecosistema de la IE está maduro:

• Hay disponibles en todo el mundo series de tamaño estándar desde aproximadamente EI-26 hasta EI-240 o más, con espesores de 0,23-0,35 mm (CRGO) y 0,35-0,50 mm (CRNGO).
• El utillaje es barato, las líneas de estampación están por todas partes, los proveedores de bobinas se saben las ventanas de memoria.
• Los talleres saben desmontarlos y volverlos a montar sin pensar.

Lo que suelen dar las pilas de Inteligencia Emocional

• Apalancamiento de costes - estampado sencillo, apilado sencillo. Varios fabricantes destacan explícitamente que los núcleos EI presentan ventajas de coste frente a construcciones más complejas.
• Flexibilidad - un tamaño de laminación puede servir para varias clasificaciones ajustando la altura de la pila y el relleno de la ventana.
• Rendimiento razonable - con CRGO, control de rebabas y un factor de apilamiento decente, los núcleos EI cumplirán sin problemas la mayoría de las especificaciones de los transformadores de distribución y control.

Donde la IE empieza a parecer cansada

• La región conjunta suele vuelta a tope o vuelta simple, En comparación con un buen núcleo multi-step-lap o bobinado, se produce una aglomeración local de flujo, mayores pérdidas en vacío y un zumbido más audible.
• Para potencias superiores, la sección transversal rectangular y los huecos entre juntas pueden dificultar que se exprima hasta el último vatio de pérdida.

Qué hay que tener en cuenta al comprar Pilas de laminación EI

Si se abastece de varias fábricas de laminación:

• Especifique altura de la fresa y medirlo; las rebabas altas destruyen el factor de apilamiento y pueden aumentar las pérdidas locales.
• Bloqueo tipo de revestimiento y resistencia; mezclar T2/T4 o diferentes sistemas de aislamiento en un núcleo puede cambiar el comportamiento interlaminar.
• No se fíe sólo de las etiquetas “M3/M4/M5”; pida W/kg garantizados en su prueba B y frecuencia, no sólo los números de catálogo.

La IE sigue siendo la opción por defecto cuando su hoja de cálculo de KPI está dirigida por precio de compra, La eficiencia es razonable y el aprovisionamiento local es sencillo.

3. Pilas de laminación UI: cuando la mecánica, la densidad de potencia o el montaje determinan el diseño.

Núcleos de interfaz suelen aparecer en proyectos donde el taller de bobinado dice:

“Queremos enrollar las bobinas por separado y luego colocarlas sin más”.”

Esa es la historia de IU en una frase.

Por qué se pasa de la IE a la IU

• Inserción más fácil de la bobina - Disposición tipo núcleo, gran ventana central. Bueno para fuentes de alimentación compactas, SAI, soldadores y algunos transformadores especiales.
• Tamaño compacto - para la misma potencia, un conjunto de UI puede ofrecer una mejor densidad de potencia y un soporte mecánico más sencillo.
• Sujeción menos compleja - el yugo y las extremidades son más fáciles de sujetar y atar.

Pero se paga en otras monedas

• En los diseños tipo concha con un control estricto de las fugas, el EI suele tener un comportamiento más predecible.
• Las ubicaciones de las juntas y las trayectorias de flujo difieren; si se cambia EI por UI sin volver a optimizar las secciones de la ventana y el limbo, pueden aparecer puntos calientes sorpresa.

Desde el punto de vista de la pila de laminación, IU es sólo otro set de estampación, Pero toda la disposición mecánica cambia. El departamento de compras debe pensar en adaptar las series UI (UI-30...UI-100, etc.) a las herramientas de bobinado previstas.

Si la mayor parte de su producción sigue siendo EI, cambiar una familia de productos a UI puede aumentar la complejidad: herramientas adicionales, unidades de mantenimiento de existencias adicionales, plantillas de control de calidad independientes. A veces merece la pena, otras no.

4. Núcleos escalonados: cuando el método de unión empieza a importar más que la forma.

Step-lap no es una forma; es una método de apilamiento de las juntas.

En lugar de una transición abrupta donde las extremidades se encuentran con los yugos, tiene varias superposiciones cortas dispuestas como escaleras. Cada laminación se desplaza un poco; el flujo ve un camino más suave.

Los estudios y los datos de los proveedores coinciden en algunos puntos:

• Las juntas escalonadas reducen pérdida en vacío en comparación con las uniones simples a inglete o a tope en el mismo acero, porque el flujo pico local en la unión es menor.
• También recortaron vibración y zumbido acústico accionados por magnetostricción, que ayuda a respetar los límites de ruido en las instalaciones urbanas.
• Los patrones de varios pasos (de 3 a 5 pasos) suelen seguir mejor que las versiones de dos pasos “sin paso” que utilizaban algunos diseños antiguos.

Sin embargo, hay un giro: a igual flujo central, la corriente en vacío y su espectro armónico pueden comportarse de forma diferente. Una prueba comparativa mostró una corriente RMS en vacío más baja para el butt-lap que para el step-lap en un caso particular, mientras que el perfil armónico era en realidad peor para el step-lap.

Así que el step-lap no es magia. Cambia dónde y cómo pagas.

Costes y procesos

• El corte es más complejo: estrechas tolerancias de longitud y se requieren posiciones de muesca cuidadosas.
• Los apiladores necesitan formación o plantillas; una secuencia incorrecta destruye el alisado de flujo esperado.
• La optimización de la chatarra es más complicada en el caso de las bobinas de acero.

En un presupuesto de un proveedor de laminación, normalmente verá yugos de solapa como partida clara con un precio por kg superior al de los yugos de corte recto.

Donde tiene sentido:

• Transformadores de distribución medianos y grandes, especialmente cuando las normas de eficiencia energética dan un valor monetario a cada vatio de pérdida de núcleo ahorrado.
• Proyectos con estrictas especificaciones sobre ruido.

Por debajo de unas decenas de kVA y con pocas horas de funcionamiento al año, la prima por escalonamiento a menudo no se amortiza; en cambio, en el caso de los equipos de servicio 24 horas al día, 7 días a la semana, sí suele amortizarse, y rápidamente.

5. Núcleos bobinados - recorrido continuo, economía diferente

Un núcleo bobinado se construye enrollando en espiral una tira de acero eléctrico (CRGO, amorfo o nanocristalino) en un bucle cerrado, para luego cortarla, recobrarla y, a veces, volver a unirla. La geometría puede ser rectangular, ovalada o triangular tridimensional para las unidades trifásicas.

Por qué los fabricantes invierten en equipos de núcleo bobinado:

• Trayectoria magnética continua - sin juntas a tope, sin huecos apilados. Es decir menores picos de flujo local y, a menudo, menores pérdidas en el núcleo en comparación con núcleos apilados equivalentes.
• Para una clasificación determinada, puede alcanzar menor volumen y peso, especialmente con CRGO de alta calidad o acero amorfo.
• Buen comportamiento acústico; la ausencia de juntas convencionales reduce las fuentes de vibración.

La tecnología se ha impulsado aún más con Núcleos bobinados en 3D para transformadores trifásicos, lo que proporciona circuitos magnéticos más equilibrados y pérdidas en vacío y corrientes de irrupción aún menores.

Lo que frena a algunas fábricas:

• Necesitas líneas especializadas de bobinado y recocido, lo que implica inversiones y conocimientos especializados.
• La reparación y el rebobinado no son tan sencillos como desmontar las pilas de EI.
• Las formas de las ventanas son menos permisivas; los diseños deben respetar lo que las bobinadoras pueden hacer físicamente.

En la práctica, los núcleos bobinados dominan en:

• Muchos transformadores de distribución sumergidos en aceite en los que las empresas de servicios públicos compran por el coste total de propiedad.
• Algunos transformadores de corriente y transformadores de medida que necesitan una baja corriente magnetizante y una gran precisión.

Si ya tiene un negocio de estampación por laminación, pasar a los núcleos bobinados es casi un juego industrial diferente.

6. EI vs UI vs step-lap vs wound: comparación rápida

He aquí una vista compacta para la toma de decisiones B2B. Trate los rangos como típicos, no como absolutos.

7. Elección de pilas de laminación para un proyecto real

La mayoría de las licitaciones o especificaciones internas se reducen a un puñado de factores de diseño:

• Potencia nominal y ciclo de trabajo
• Penalizaciones por pérdidas (a menudo monetizadas)
• Límites de ruido
• Equipos de fabricación disponibles
• Filosofía de reparación

Veamos algunas pautas habituales.

7.1 Baja-media potencia, sensible a los costes, alta mezcla

Pequeños transformadores de control, suministros para máquinas herramienta, pequeños transformadores de aislamiento.

• Elección del núcleo - El EI se apila casi siempre.
• Razón: los estampadores ofrecen la serie EI estándar (EI-26...EI-240+), con bajo coste unitario y fácil abastecimiento, y los diseñadores pueden ajustar rápidamente el relleno de las ventanas.
• Hay que hacer un esfuerzo adicional: elegir el grosor y el grado de laminado que satisfaga su objetivo de pérdida interna sin sobreespecificar.

7.2 SKU de gran volumen, potencia moderada, producción "justo a tiempo" semiestándar

Piense: los mismos 3 ó 4 índices de audiencia, producidos durante todo el año.

Aquí se empieza a ver:

• Núcleos de interfaz si dominan la velocidad de inserción de la bobina y la ergonomía del montaje.
• Núcleos EI con mejor acero y una práctica de unión decente si desea reutilizar el utillaje existente.

Lo importante es normalizar las pilas de laminación con antelación y fijarlos en planos, de modo que el departamento de compras no empiece a mezclar pilas de aspecto similar de distintos proveedores con pequeñas diferencias dimensionales o de revestimiento.

7.3 Transformadores de distribución con penalización de pérdidas

Una vez que una compañía eléctrica o un regulador asigna un coste a cada vatio de pérdida en vacío, La construcción del núcleo se acerca a la cima de la especificación.

En esta zona normalmente se ve uno de:

• Geometría de tipo IE o IE con juntas de varios pasos.
• Núcleos heridos construidos con CRGO de alta calidad o acero amorfo.

La respuesta correcta depende de su fábrica:

• Si ya posee prensas de estampación pero no una línea de bobinado, uniones escalonadas suelen ser el camino menos doloroso para obtener mejores cifras de pérdidas y ruido.
• Si sus volúmenes justifican las inversiones y compite en eficiencia, invertir en núcleos bobinados puede resultar rentable tanto en cifras de pérdidas como en optimización del material.

7.4 Proyectos con requisitos acústicos agresivos

Hospitales, subestaciones urbanas densas, algunos edificios comerciales.

• El primer movimiento suele ser apilamiento escalonado, y una puesta a tierra coherente del núcleo (puesta a tierra en un solo punto, sin sorpresas).
• Los núcleos bobinados con calidades de acero adecuadas también ayudan, pero pueden resultar excesivos si los límites de ruido no son extremadamente estrictos.

8. Comprar pilas de laminación: pequeños detalles que importan en silencio

Los ingenieros suelen especificar el Bmáx y el grado del acero; los especialistas en laminación viven de los pequeños detalles que hacen o deshacen el resultado.

Algunos puntos que vale la pena incluir en las especificaciones o los planes de inspección:

1. Espesor de laminación en función de la frecuencia A 50-60 Hz, el CRGO de 0,23-0,35 mm es el estándar para los diseños de alta eficiencia; puede utilizarse CRNGO más grueso cuando predomina el coste. La homogeneidad entre líneas de productos ayuda a mantener existencias y a predecir el rendimiento.
2. Objetivos del factor de apilamiento Especifique el sección transversal neta de hierro prevista frente al bruto. Las rebabas, el grosor del revestimiento y la disciplina de apilamiento influyen en ello. Si ignoras esto, todos tus cálculos de pérdida de núcleo se desvían.
3. Estrategia conjunta No diga simplemente “núcleo CRGO EI”. Diga “núcleo CRGO EI con juntas solapadas de 5 pasos en el yugo superior y de 3 pasos en el inferior” (como ejemplo) y adjunte un croquis. Así te ahorrarás discusiones posteriores.
4. Recocido y alivio de tensiones El trabajo en frío durante el estampado o bobinado introduce tensiones que degradan las propiedades magnéticas. Asegúrese de que su proveedor de laminación define ciclos de recocido, especialmente para núcleos bobinados y CRGO de alta calidad.
5. Mezcla de lotes y proveedores En el caso de las unidades críticas, evite mezclar pilas de diferentes lotes o proveedores en el mismo núcleo; las diferencias sutiles en el acero, el revestimiento o las rebabas pueden aparecer en forma de patrones de puntos calientes o ruidos extraños.
6. Medición, no sólo certificados Si las pérdidas son importantes, considere la posibilidad de medir núcleos representativos de cada lote para pérdida en vacío y corriente magnetizante a la densidad de flujo nominal, no sólo confiando en las garantías de la acería. Los estudios demuestran que los métodos de unión y el apilamiento pueden modificar el comportamiento incluso cuando el certificado del material es idéntico.

9. FAQ: pilas de laminación de transformadores en las decisiones cotidianas