Dispozitivul și principiul de funcționare al transformatorului

Pentru a converti o tensiune electrică de o magnitudine într-o tensiune electrică de altă magnitudine, adică pentru a converti energia electrică, utilizați transformatoare electrice.

Un transformator poate converti doar curentul alternativ în curent alternativ, prin urmare, pentru a obține curent continuu, curentul alternativ de la transformator este redresat dacă este necesar. În acest scop ele servesc redresoare.

Într-un fel sau altul, fiecare transformator (fie el un transformator de tensiune, un transformator de curent sau un transformator de impulsuri) funcționează datorită fenomenului de inducție electromagnetică, care se manifestă în toată splendoarea lui tocmai cu curent alternativ sau cu impuls.

Dispozitiv transformator

În forma sa cea mai simplă, un transformator monofazat este format din doar trei părți principale: un miez feromagnetic (circuit magnetic), precum și înfășurările primare și secundare. În principiu, un transformator poate avea mai mult de două înfășurări, dar cel puțin două dintre ele. În unele cazuri, funcția înfășurării secundare poate fi îndeplinită de o parte din spirele înfășurării primare (vezi Fig. tipuri de transformatoare), dar astfel de soluții sunt destul de rare în comparație cu cele obișnuite.

Partea principală a transformatorului este un miez feromagnetic. Când transformatorul funcționează, câmpul magnetic în schimbare se află în miezul feromagnetic. Sursa câmpului magnetic în schimbare în transformator este curentul alternativ al înfășurării primare.

Tensiunea bobinajului secundar al transformatorului

Se știe că fiecare curent electric este însoțit de un câmp magnetic; în consecință, un curent alternativ este însoțit de un câmp magnetic alternativ (schimbând în mărime și direcție).

Astfel, furnizând curent alternativ înfășurării primare a transformatorului, obținem un câmp magnetic variabil al curentului înfășurării primare. Și astfel câmpul magnetic este concentrat în principal în miezul transformatorului, acest miez este realizat dintr-un material cu permeabilitate magnetică ridicată, de mii de ori mai mare decât cea a aerului, astfel încât partea principală a fluxului magnetic al înfășurării primare va fi închis exact în interiorul miezului, nu prin aer.

Astfel, câmpul magnetic alternativ al înfășurării primare este concentrat în volumul miezului transformatorului, care este realizat din oțel de transformator, ferită sau alt material adecvat, în funcție de frecvența de funcționare și scopul unui anumit transformator.

Înfășurarea secundară a transformatorului este situată pe un miez comun cu înfășurarea sa primară. Prin urmare, câmpul magnetic alternativ al înfășurării primare pătrunde și în spirele înfășurării secundare.

A fenomen de inducție electromagnetică constă pur și simplu în faptul că un câmp magnetic variabil în timp provoacă un câmp electric în schimbare în spațiul din jurul său. Și deoarece există un al doilea fir bobină în acest spațiu în jurul câmpului magnetic în schimbare, câmpul electric alternant indus acționează asupra purtătorilor de sarcină din interiorul acestui fir.

Această acțiune a câmpului electric provoacă un EMF la fiecare tură a bobinei secundare. Ca urmare, între bornele înfășurării secundare apare o tensiune electrică alternativă. Când înfășurarea secundară a transformatorului conectat nu este încărcată, transformatorul este gol.

Funcționarea transformatorului sub sarcină

Dacă o anumită sarcină este conectată la înfășurarea secundară a unui transformator de funcționare, un curent apare prin sarcină în întregul circuit secundar al transformatorului.

Acest curent generează propriul său câmp magnetic, care, conform legii lui Lenz, are o astfel de direcție încât se opune „cauzei care îl provoacă”. Aceasta înseamnă că câmpul magnetic al curentului înfășurării secundare în orice moment de timp tinde să reducă câmpul magnetic în creștere al înfășurării primare sau tinde să susțină câmpul magnetic al înfășurării primare atunci când acesta scade, indică întotdeauna spre magnetic. câmpul bobinei primare.

Astfel, atunci când înfășurarea secundară a transformatorului este încărcată, în înfășurarea primară apare o EMF inversă, forțând înfășurarea primară a transformatorului să tragă mai mult curent din rețeaua de alimentare.

Factorul de transformare

Raportul de spire al înfășurărilor N1 primar și N2 secundar ale unui transformator determină raportul dintre tensiunile sale de intrare U1 și de ieșire U2 și curenții de intrare I1 și de ieșire I2 atunci când transformatorul funcționează sub sarcină. Acest raport se numește raportul de transformare al transformatorului:

Factorul de transformare este mai mare de unu dacă transformatorul este coborât și mai mic de unu dacă transformatorul este treptat.

Transformator de tensiune

Un transformator de tensiune este un tip de transformator coborâtor conceput pentru a izola galvanic circuitele de înaltă tensiune de circuitele de joasă tensiune.

De obicei, când vine vorba de tensiune înaltă, acestea înseamnă 6 kilovolți sau mai mult (pe înfășurarea primară a transformatorului de tensiune), iar tensiunea joasă înseamnă valori de ordinul a 100 de volți (pe înfășurarea secundară).

Un astfel de transformator este utilizat, de regulă, în scopuri de măsurare… Reduce, de exemplu, tensiunea înaltă a liniei de alimentare la o tensiune joasă convenabilă pentru măsurare, putând, de asemenea, izola galvanic circuitele de măsurare, protecție, control de circuitul de înaltă tensiune. Acest tip de transformatoare funcționează de obicei în modul inactiv.

Practic, orice poate fi numit un transformator de tensiune transformator de puterefolosit pentru transformarea energiei electrice.

Transformator de curent

Într-un transformator de curent, înfășurarea primară, care de obicei constă dintr-o singură tură, este conectată în serie cu circuitul sursei de curent. Această tură poate fi o secțiune a firului circuitului în care trebuie măsurat curentul.

Firul este trecut pur și simplu prin fereastra miezului transformatorului și devine această singură tură - tura înfășurării primare. Înfășurarea sa secundară, care are multe spire, este conectată la un dispozitiv de măsurare care are o rezistență internă scăzută.

Transformatoarele de acest tip sunt folosite pentru a măsura valorile curentului alternativ în circuitele de putere. Aici curentul și tensiunea înfășurării secundare sunt proporționale cu curentul măsurat al înfășurării primare (circuit de curent).

Transformatoarele de curent sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de protecție cu relee pentru sistemele de alimentare, prin urmare au o precizie ridicată. Ei fac măsurători sigure, deoarece izolează galvanic fiabil circuitul de măsurare de circuitul primar (de obicei tensiune înaltă - zeci și sute de kilovolți).

Transformator de impulsuri

Acest transformator este proiectat pentru a converti o formă de impuls de curent (tensiune). Impulsurile scurte, de obicei dreptunghiulare, aplicate înfășurării sale primare fac ca transformatorul să funcționeze practic în condiții tranzitorii.

Astfel de transformatoare sunt utilizate în convertoarele de tensiune de impuls și alte dispozitive cu impulsuri, precum și în transformatoarele de diferențiere.

Utilizarea transformatoarelor de impulsuri permite reducerea greutății și costului dispozitivelor în care sunt utilizate, pur și simplu datorită frecvenței de conversie crescute (zeci și sute de kiloherți) față de transformatoarele de rețea care funcționează la o frecvență de 50-60 Hz. Impulsurile dreptunghiulare, al căror timp de creștere este mult mai mic decât durata impulsului în sine, sunt de obicei transformate cu o distorsiune scăzută.