Como componente crucial en los sistemas de energía, los transformadores-inmersos en aceite realizan funciones como conversión de voltaje, conversión de corriente y conversión de impedancia. Su principio de funcionamiento se basa en la ley de la inducción electromagnética, logrando una transmisión y conversión eficiente de la energía eléctrica mediante una serie de procesos físicos.
Un transformador-inmerso en aceite consiste principalmente en un núcleo de hierro, devanados y aceite aislante. El núcleo de hierro suele estar hecho de láminas laminadas de acero al silicio con alta permeabilidad magnética. Su función es proporcionar una ruta de baja-reluctancia para el campo magnético alterno, reduciendo la histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas. Los devanados se dividen en devanados de alto-voltaje y de bajo-voltaje, cada uno enrollado alrededor del núcleo de hierro y hecho de alambre bien-aislado. El aceite aislante no sólo proporciona aislamiento sino que también disipa el calor generado durante el funcionamiento del transformador transfiriéndolo a las paredes del tanque de aceite mediante convección.
Cuando la corriente alterna fluye hacia el devanado primario del transformador (lado de alto-voltaje o bajo-voltaje), la corriente alterna en el cable genera un campo magnético alterno en el núcleo de hierro. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, este campo magnético cambiante induce una fuerza electromotriz en el devanado secundario adyacente. Específicamente, si el número de vueltas en el devanado primario es N₁, el número de vueltas en el devanado secundario es N₂, el voltaje primario es U₁ y el voltaje secundario es U₂, entonces la relación de transformación de voltaje del transformador satisface la ecuación U₁/U₂=N₁/N₂. Cuando N₁ > N₂, el transformador es un transformador reductor-; de lo contrario, es un transformador elevador-. La corriente es inversamente proporcional al número de vueltas, es decir, I₁/I₂=N₂/N₁, lo que garantiza un equilibrio cercano entre la potencia de entrada y de salida (ignorando las pérdidas).
El aceite aislante desempeña múltiples funciones en el funcionamiento del transformador. Primero, llena los espacios entre los devanados y el núcleo, mejorando el aislamiento eléctrico. En segundo lugar, debido a su alta capacidad calorífica, el aceite transfiere el calor generado por el núcleo y los devanados al disipador de calor mediante convección natural o circulación forzada, manteniendo la temperatura del equipo dentro de un rango seguro. Además, la estructura sumergida en aceite-aísla eficazmente el aire, retardando el envejecimiento del material aislante.
Los transformadores-inmersos en aceite logran una conversión de voltaje flexible mediante inducción electromagnética. Su eficiencia y confiabilidad dependen del diseño del circuito magnético del núcleo, la relación de espiras del devanado y las propiedades de disipación de calor y aislamiento del aceite aislante. Este principio convierte a los transformadores en un componente central indispensable de las redes eléctricas modernas, ya que respaldan la transmisión estable de electricidad desde la generación de energía hasta el consumo.