En tant qu'équipement clé d'un système électrique pour la transformation de tension et la transmission d'énergie, la conception structurelle d'un transformateur de puissance affecte directement sa fiabilité opérationnelle, son efficacité et sa durée de vie. La structure globale se compose d'un circuit électromagnétique, d'un système d'isolation et de refroidissement, de dispositifs de protection et de surveillance et de composants de support externes. Ces composants fonctionnent ensemble pour garantir un transfert d’énergie sûr et efficace entre les niveaux de tension haute et basse.
Le circuit électromagnétique, composé du noyau de fer et des enroulements, constitue le cœur de la conversion d'énergie du transformateur. Le noyau de fer est généralement constitué de tôles d'acier au silicium laminées à froid à haute -perméabilité-empilées dans la direction du flux magnétique pour réduire les pertes par courants de Foucault et par hystérésis et former un chemin fermé à faible-résistivité, ce qui entraîne un couplage de flux magnétique élevé entre les enroulements primaire et secondaire. Les enroulements sont divisés en enroulements haute-tension et basse-tension, généralement constitués de fil de cuivre ou d'aluminium de haute-qualité enroulé sur des cylindres isolants ou des barres de support. Du papier ou un film isolant est utilisé entre les couches et les tours pour assurer l'isolation électrique et fournir un support mécanique. Les enroulements haute-et basse-tension sont disposés de manière concentrique ou superposée sur les colonnes à noyau de fer pour répondre aux exigences de distance d'isolation de différentes capacités et niveaux de tension. Les systèmes d’isolation et de refroidissement sont essentiels pour garantir le fonctionnement sûr des transformateurs. L'huile de transformateur, remplissant à la fois des fonctions d'isolation et de dissipation thermique, remplit le réservoir et conduit la chaleur des enroulements et du noyau vers la surface du réservoir ou les radiateurs. Les grands transformateurs sont souvent équipés de radiateurs à plaques, de dispositifs de refroidissement à circulation d'huile forcée et de ventilateurs pour améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. Le corps du réservoir est soudé à partir de plaques d'acier possédant une résistance mécanique suffisante pour résister à la pression d'huile interne et aux contraintes environnementales externes. Il comprend également un conservateur d'huile (vase d'expansion) pour équilibrer les fluctuations du niveau d'huile dues aux changements de température et empêcher l'intrusion d'humidité.
Les dispositifs de protection et de surveillance comprennent divers commutateurs, relais et capteurs. Les relais de gaz peuvent détecter les gaz générés par des défauts internes et déclencher rapidement une alarme ou un déclenchement ; les soupapes de surpression relâchent rapidement la pression lorsque la pression interne augmente anormalement, protégeant ainsi le réservoir des dommages ; les thermomètres à huile et les thermomètres à enroulement surveillent la température de fonctionnement en temps réel, fournissant ainsi une base pour la répartition de la charge. Les transformateurs modernes peuvent également intégrer des systèmes de surveillance en ligne tels que la surveillance des décharges partielles et l'analyse des gaz dissous dans l'huile, permettant ainsi une alerte précoce en cas de défauts latents.
Les composants de support externes comprennent la base, les bagues et les vannes. Des traversées relient les fils du bobinage au circuit externe tout en assurant l'isolation et l'étanchéité des fils haute tension- ; les vannes sont utilisées pour l'injection d'huile, l'échantillonnage et la ventilation, facilitant ainsi l'inspection et la maintenance. La conception globale de la structure doit prendre en compte de manière exhaustive la charge électromagnétique, la charge thermique, la résistance mécanique et les conditions environnementales pour garantir des performances stables pendant un fonctionnement à long terme-.
Par conséquent, la structure du transformateur de puissance est un système d'ingénierie hautement intégré, reflétant la précision de la conception électromagnétique et intégrant l'application complète des technologies de matériaux, thermiques et de surveillance, fournissant une base solide pour le fonctionnement sûr et économique des systèmes électriques.