Un transformador és un dispositiu electromagnètic utilitzat per convertir el corrent altern d'una tensió i freqüència en corrent altern d'una tensió diferent (o igual) i la mateixa freqüència.
Contingut
El dispositiu i el funcionament del transformador
En el cas més senzill transformador conté un bobinatge primari amb el nombre de voltes W1 i un secundari amb el nombre de voltes W2. L'energia es subministra al bobinatge primari, la càrrega es connecta al secundari. La transferència d'energia es fa per inducció electromagnètica. Per millorar l'acoblament electromagnètic, en la majoria dels casos, els bobinatges es col·loquen en un nucli tancat (circuit magnètic).
Si s'aplica una tensió alterna U al bobinat primari1, després un corrent altern I1, que crea un flux magnètic Ф de la mateixa forma al nucli.Aquest flux magnètic indueix un EMF al bobinatge secundari. Si una càrrega està connectada al circuit secundari, un corrent secundari I2.
La tensió al bobinatge secundari ve determinada per la relació de voltes W1 i W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, on k és relació de transformació.
Si k <1, aleshores U2> U1, i aquest transformador s'anomena step-up. Si k>1, aleshores U2<U1, tal el transformador s'anomena baixada. Com que la potència de sortida del transformador és igual a la potència d'entrada (menys les pèrdues del transformador mateix), podem dir que Pout \u003d Pin, U1*I1=U2*I2 i jo2=I1*k=I1*(W1/W2). Així, en un transformador sense pèrdues, les tensions d'entrada i sortida són directament proporcionals a la relació de spires de bobinat. I els corrents són inversament proporcionals a aquesta relació.
Un transformador pot tenir més d'un bobinatge secundari amb relacions diferents. Per tant, un transformador per alimentar equips de llum domèstic des d'una xarxa de 220 volts pot tenir un bobinatge secundari, per exemple, 500 volts per alimentar circuits d'ànode i 6 volts per alimentar circuits incandescents. En el primer cas k<1, en el segon - k>1.
El transformador només funciona amb tensió alterna; per a l'aparició d'EMF al bobinatge secundari, el flux magnètic ha de canviar.
Tipus de nuclis per a transformadors
A la pràctica, no només s'utilitzen nuclis de la forma indicada. Segons la finalitat del dispositiu, els circuits magnètics es poden realitzar de diferents maneres.
Nuclis de varetes
Els circuits magnètics dels transformadors de baixa freqüència estan fets d'acer amb propietats magnètiques pronunciades.Per reduir els corrents de Foucault, la matriu del nucli s'assembla a partir de plaques separades aïllades elèctricament entre si. Per treballar a altes freqüències, s'utilitzen altres materials, per exemple, ferrites.
El nucli considerat anteriorment s'anomena nucli i està format per dues varetes. Per als transformadors monofàsics, també s'utilitzen circuits magnètics de tres barres. Tenen menys flux de fuites magnètiques i una major eficiència. En aquest cas, tant els bobinatges primaris com els secundaris es troben a la vareta central del nucli.
Els transformadors trifàsics també es fan amb nuclis de tres varetes. Tenen els bobinatges primaris i secundaris de cada fase, cadascun situat en el seu propi nucli. En alguns casos, s'utilitzen circuits magnètics de cinc barres. Els seus bobinatges es troben exactament de la mateixa manera: cada primària i secundària a la seva pròpia vareta, i les dues barres extremes de cada costat només estan destinades a tancar fluxos magnètics en determinats modes.
blindat
Al nucli blindat, es fabriquen transformadors monofàsics: ambdues bobines es col·loquen al nucli central del circuit magnètic. El flux magnètic d'aquest nucli es tanca de manera similar a una construcció de tres varetes, a través de les parets laterals. El flux de fuites és molt petit en aquest cas.
Els avantatges d'aquest disseny inclouen un cert augment de mida i pes a causa de la possibilitat d'omplir més densament la finestra del nucli amb bobinatge, per la qual cosa és avantatjós utilitzar nuclis blindats per a la fabricació de transformadors de baixa potència. Això també es tradueix en un circuit magnètic més curt, que condueix a una reducció de les pèrdues sense càrrega.
El desavantatge és un accés més difícil als bobinatges per a la revisió i reparació, així com l'augment de la complexitat de l'aïllament de fabricació per a altes tensions.
Toroidal
En els nuclis toroidals, el flux magnètic està completament tancat dins del nucli i pràcticament no hi ha flux magnètic de fuites. Però aquests transformadors són difícils de bobinar, de manera que s'utilitzen molt poques vegades, per exemple, en autotransformadors ajustables de baixa potència o en dispositius d'alta freqüència on la immunitat al soroll és important.
Autotransformador
En alguns casos, s'aconsella utilitzar aquests transformadors, que no només tenen una connexió magnètica entre els bobinatges, sinó també elèctrica. És a dir, en els dispositius de pujada, l'enrotllament primari forma part del secundari, i en els dispositius de baixada, la part secundària del primari. Aquest dispositiu s'anomena autotransformador (AT).
Un autotransformador reductor no és un simple divisor de tensió: l'acoblament magnètic també està implicat en la transferència d'energia al circuit secundari.
Els avantatges dels autotransformadors són:
- pèrdues menors;
- la possibilitat d'una regulació suau de la tensió;
- indicadors de pes i mida més petits (un autotransformador és més barat, és més fàcil de transportar);
- menor cost a causa de la menor quantitat de material requerida.
Els inconvenients inclouen la necessitat d'utilitzar l'aïllament d'ambdós bobinatges, dissenyats per a una tensió més alta, així com la manca d'aïllament galvànic entre l'entrada i la sortida, que pot transferir els efectes dels fenòmens atmosfèrics del circuit primari al secundari. En aquest cas, els elements del circuit secundari no es poden posar a terra.A més, es considera que el desavantatge d'AT és l'augment dels corrents de curtcircuit. Per als autotransformadors trifàsics, els bobinatges solen estar connectats en una estrella amb un neutre posat a terra, altres esquemes de connexió són possibles, però massa complicats i feixucs. Aquest també és un desavantatge que redueix l'abast dels autotransformadors.
Aplicació de transformadors
La propietat dels transformadors d'augmentar o disminuir la tensió s'utilitza àmpliament a la indústria i a la vida quotidiana.
Transformació de tensió
S'imposen diferents requisits sobre el nivell de tensió industrial en diferents etapes. Quan es genera electricitat, no és rendible utilitzar generadors d'alta tensió per diferents motius. Per tant, per exemple, a les centrals hidroelèctriques s'utilitzen generadors de 6 ... 35 kV. Per transportar electricitat, per contra, necessiteu una tensió augmentada, de 110 kV a 1150 kV, depenent de la distància. A més, aquesta tensió es torna a reduir al nivell de 6 ... 10 kV, distribuïts a les subestacions locals, des d'on es redueix a 380 (220) volts i arriba al consumidor final. En els electrodomèstics i industrials també s'ha de baixar, normalment a 3 ... 36 volts.
Totes aquestes operacions es realitzen amb utilitzant transformadors de potència. Poden ser secs o a base d'oli. En el segon cas, el nucli amb bobinatges es col·loca en un dipòsit amb oli, que és un medi aïllant i refrigerant.
Aïllament galvànic
L'aïllament galvànic augmenta la seguretat dels aparells elèctrics. Si el dispositiu s'alimenta no directament des d'una xarxa de 220 volts, on un dels conductors està connectat a terra, sinó mitjançant un transformador de 220/220 volts, la tensió d'alimentació es mantindrà igual.Però amb el toc simultània de la terra i les parts secundàries del circuit que transporten corrent per al flux de corrent, no hi haurà flux de corrent i el perill de descàrrega elèctrica serà molt menor.
Mesura de tensió
En totes les instal·lacions elèctriques és necessari controlar el nivell de tensió. Si s'utilitza una classe de tensió de fins a 1000 volts, els voltímetres es connecten directament a les parts actives. En instal·lacions elèctriques superiors a 1000 volts, això no funcionarà; els dispositius que poden suportar aquesta tensió resulten massa voluminosos i insegurs en cas d'avaria de l'aïllament. Per tant, en aquests sistemes, els voltímetres estan connectats a conductors d'alta tensió mitjançant transformadors amb una relació de transformació convenient. Per exemple, per a xarxes de 10 kV, s'utilitzen transformadors d'instruments 1:100, la sortida és una tensió estàndard de 100 volts. Si la tensió al bobinatge primari canvia d'amplitud, canvia simultàniament al secundari. L'escala del voltímetre normalment es gradua en el rang de tensió primària.
El transformador és un element força complex i car per a la producció i el manteniment. No obstant això, en molts àmbits aquests dispositius són indispensables, i no hi ha alternativa a ells.
Articles semblants:
