Fiind un echipament cheie într-un sistem de alimentare pentru transformarea tensiunii și transmiterea energiei, designul structural al unui transformator de putere afectează în mod direct fiabilitatea operațională, eficiența și durata de viață a acestuia. Structura generală constă dintr-un circuit electromagnetic, sistem de izolație și răcire, dispozitive de protecție și monitorizare și componente externe de sprijin. Aceste componente lucrează împreună pentru a asigura transferul sigur și eficient de energie între nivelurile de tensiune înaltă și joasă.
Circuitul electromagnetic, compus din miez de fier și înfășurări, este nucleul conversiei energiei transformatorului. Miezul de fier este, de obicei, format din foi de oțel siliciu laminate la rece-cu permeabilitate ridicată, stivuite de-a lungul direcției fluxului magnetic pentru a reduce pierderile de curent turbionar și histerezis și pentru a forma o cale închisă, cu rezistivitate scăzută-, rezultând cuplarea fluxului magnetic ridicat între înfășurările primare și secundare. Înfășurările sunt împărțite în înfășurări de înaltă-tensiune și de joasă-tensiune, în general realizate din fire de-cupru sau aluminiu de înaltă calitate, înfășurate pe cilindri izolatori sau bare de sprijin. Hârtia sau filmul izolator este folosit între straturi și spire pentru a asigura izolarea electrică și pentru a oferi suport mecanic. Înfășurările de înaltă-tensiune și de joasă-tensiune sunt dispuse concentric sau suprapus pe coloanele cu miez de fier pentru a se adapta cerințelor de distanță de izolație ale diferitelor capacități și niveluri de tensiune. Sistemele de izolație și răcire sunt cruciale pentru asigurarea funcționării în siguranță a transformatoarelor. Uleiul de transformator, care servește atât funcții de izolare, cât și de disipare a căldurii, umple rezervorul și conduce căldura de la înfășurări și miez către suprafața rezervorului sau radiatoare. Transformatoarele mari sunt adesea echipate cu radiatoare cu plăci, dispozitive de răcire cu circulație forțată a uleiului și ventilatoare pentru a îmbunătăți eficiența disipării căldurii. Corpul rezervorului este sudat din plăci de oțel, având o rezistență mecanică suficientă pentru a rezista la presiunea internă a uleiului și stresul extern al mediului. Include, de asemenea, un conservator de ulei (rezervor de expansiune) pentru a echilibra fluctuațiile nivelului de ulei din cauza schimbărilor de temperatură și pentru a preveni pătrunderea umezelii.
Dispozitivele de protecție și monitorizare includ diverse întrerupătoare, relee și senzori. Releele de gaz pot detecta gazele generate de defecțiuni interne și pot alarma sau declanșa prompt; supapele de limitare a presiunii eliberează rapid presiunea atunci când presiunea internă crește anormal, protejând rezervorul de deteriorare; termometrele de ulei și termometrele de bobinare monitorizează temperatura de funcționare în timp real, oferind o bază pentru dispecerizarea încărcăturii. Transformatoarele moderne pot integra, de asemenea, sisteme de monitorizare online, cum ar fi monitorizarea descărcării parțiale și analiza gazelor dizolvate în ulei, permițând avertizarea timpurie a defecțiunilor latente.
Componentele suport externe includ baza, bucșele și supapele. Bucșele conectează cablurile de înfășurare la circuitul extern, asigurând în același timp izolarea și etanșarea conductorilor de-înaltă tensiune; supapele sunt utilizate pentru injectarea uleiului, prelevarea de probe și aerisire, facilitând inspecția și întreținerea. Proiectarea generală a structurii trebuie să ia în considerare în mod cuprinzător sarcina electromagnetică, sarcina termică, rezistența mecanică și condițiile de mediu pentru a asigura o performanță stabilă în timpul funcționării pe termen lung-.
Prin urmare, structura transformatorului de putere este un sistem de inginerie foarte integrat, care reflectă precizia proiectării electromagnetice și încorporează aplicarea cuprinzătoare a materialelor, tehnologiilor termice și de monitorizare, oferind o bază solidă pentru funcționarea sigură și economică a sistemelor de alimentare.