Trasformatori: dispositivo e principi di funzionamento, scopo e ambito del dispositivo

Il nome "trasformatore" deriva dalla parola latina "trasformare", che significa "trasformare, trasformare". Questa è precisamente la sua essenza: la trasformazione per induzione magnetica della corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione, ma di una frequenza simile. Lo scopo principale del trasformatore è utilizzare una varietà di dispositivi nelle reti elettriche e negli alimentatori.

Dispositivo e principio di funzionamento

Un trasformatore è un dispositivo per convertire corrente alternata e tensionesenza parti in movimento.

Il dispositivo dei trasformatori è costituito da uno o più fili isolati, a volte bobine di nastro (avvolgimenti), che sono coperti da un unico flusso magnetico. Le bobine sono solitamente avvolte su un nucleo (circuito magnetico). Di solito è fatto da un materiale ferromagnetico.

La figura mostra schematicamente il principio di funzionamento del trasformatore.

La figura mostra che l'avvolgimento primario è collegato alla sorgente CA e l'altro (secondario) al carico. Nelle spire dell'avvolgimento primario scorre una corrente alternata, il suo valore I1. Ed entrambe le bobine sono circondate da un flusso magnetico Ф, che produce in esse una forza elettromotrice.

Se l'avvolgimento secondario è senza carico, questa modalità di funzionamento del convertitore è chiamata "inattiva". Quando la bobina secondaria viene caricata, viene generata una corrente I2 nella bobina secondaria sotto l'azione della forza elettromotrice.

La tensione di uscita in questo caso dipende direttamente da quante spire sulle bobine e l'intensità della corrente dipende dal diametro (sezione) del filo. In altre parole, se entrambe le bobine hanno lo stesso numero di spire, la tensione di uscita sarà uguale alla tensione di ingresso. E se avvolgi 2 volte il numero di giri sulla bobina secondaria, la tensione in uscita sarà 2 volte superiore all'ingresso.

La corrente finale dipende anche dal diametro del filo di avvolgimento. Ad esempio, con un carico elevato e un filo di diametro ridotto, possono verificarsi surriscaldamento dell'avvolgimento, violazione dell'integrità dell'isolamento e persino guasto completo del trasformatore.

Per evitare tali situazioni sono state redatte delle tabelle per il calcolo del convertitore e la scelta del diametro del filo per una data tensione di uscita.

Classificazione per tipo

È consuetudine classificare i trasformatori secondo diversi criteri: per destinazione, per metodo di installazione, per tipo di isolamento, per tensione utilizzata, ecc. Consideriamo i tipi più comuni di dispositivi.

Convertitori di potenza

Questo tipo di dispositivi viene utilizzato per fornire e ricevere energia elettrica su linee elettriche e da linee elettriche con tensioni fino a 1150 kW. Da qui il nome - potere. Questi dispositivi funzionano a basse frequenze, nell'ordine di 50-60 Hz. Le loro caratteristiche di progettazione sono che possono contenere diversi avvolgimenti, che si trovano su un nucleo corazzato in acciaio elettrico. Inoltre le bobine di bassa tensione possono essere alimentate in parallelo.

Tale dispositivo è chiamato trasformatore ad avvolgimento diviso. In genere, i trasformatori di potenza sono collocati in un serbatoio con olio per trasformatori e le unità più potenti vengono raffreddate da un sistema attivo. Per installazione in sottostazioni e centrali elettriche, dispositivi trifase con una capacità fino a 4 mila. kVA. Sono i più diffusi, poiché le perdite in essi sono ridotte del 15% rispetto a quelli monofase.

Autotrasformatori (LATR)

Questo è un tipo speciale di dispositivo a bassa frequenza. In esso, l'avvolgimento secondario è contemporaneamente parte del primario e viceversa. Cioè, le bobine sono collegate non solo magneticamente, ma anche elettricamente. Diverse tensioni si ottengono da un avvolgimentose si traggono più conclusioni. Grazie all'utilizzo di un minor numero di cavi, si ottiene una riduzione del costo del dispositivo. Tuttavia, non esiste un isolamento galvanico degli avvolgimenti e questo è già un inconveniente significativo.

Gli autotrasformatori hanno trovato applicazione nelle reti ad alta tensione e negli impianti di controllo automatico per l'avviamento dei motori a corrente alternata. Si consiglia di utilizzarli a bassi rapporti di trasformazione. LATR è utilizzato per la regolazione della tensione in condizioni di laboratorio.

Trasformatori di corrente

In tali dispositivi, l'avvolgimento primario è collegato direttamente alla sorgente di corrente e l'avvolgimento secondario è collegato a dispositivi con una piccola resistenza interna. Questi possono essere dispositivi di protezione o di misurazione. Il tipo più comune di trasformatore di corrente è quello di misura.

È costituito da un nucleo in acciaio elettrico laminato a freddo al silicio laminato con uno o più avvolgimenti secondari separati avvolti attorno ad esso. Mentre il primario può essere solo un bus o un filo con una corrente misurata passata attraverso la finestra del circuito magnetico. Ad esempio, le pinze amperometriche funzionano secondo questo principio. La caratteristica principale della corrente del trasformatore è il rapporto di trasformazione.

Tali convertitori sono sicuri e quindi hanno trovato applicazione nella misurazione della corrente e nei circuiti di protezione dei relè.

Convertitori di impulsi

Nel mondo moderno, i sistemi a impulsi hanno quasi completamente sostituito i pesanti trasformatori a bassa frequenza. Tipicamente, un dispositivo a impulsi è realizzato su un nucleo di ferrite di varie forme e dimensioni:

• squillo;
• nocciolo;
• tazza;
• nella forma della lettera W;
• A forma di U.

La superiorità di tali dispositivi è fuori dubbio: sono in grado di funzionare a frequenze fino a 500 kHz e oltre.

Poiché si tratta di un dispositivo ad alta frequenza, le sue dimensioni diminuiscono significativamente con l'aumentare della frequenza. Viene consumata una quantità minore di filo per avvolgimento e per ottenere corrente ad alta frequenza nel primo circuito, è sufficiente collegare solo un transistor ad effetto di campo o bipolare.

Esistono molti altri tipi di trasformatori: isolamento, adattamento, trasformatori di picco, doppia induttanza, ecc. Tutti loro sono ampiamente usati nell'industria moderna.

Ambito dei dispositivi

Oggi, forse, è difficile immaginare il campo della scienza e della tecnologia, dove non vengono utilizzati i trasformatori. Sono ampiamente utilizzati per i seguenti scopi:

1. Per la trasmissione e la distribuzione di energia elettrica.
2. Per creare un circuito valvola valido. Viene utilizzato nella conversione di dispositivi con corrispondenza simultanea della tensione di ingresso e di uscita.
3. In produzione: nella saldatura, per l'alimentazione di impianti elettrotermici, ecc. La potenza di tali dispositivi a volte raggiunge decine di migliaia di kVA e tensioni fino a 10 kV e l'intervallo operativo è di 50 Hz.
4. I convertitori a bassa potenza e bassa tensione sono utilizzati per apparecchiature radio e televisive, dispositivi di comunicazione, elettrodomestici, per la corrispondenza della tensione, ecc.
5. Quando strumenti di misura elettrici e relè sono inclusi in circuiti elettrici ad alta tensione al fine di ampliare i campi di misura e garantire la sicurezza elettrica.

Sulla base della varietà di dispositivi e tipi di scopi del trasformatore, si può sostenere che oggi sono insostituibilidispositivi che vengono utilizzati quasi universalmente, grazie ai quali stabilità e raggiungimento dei valori di tensione richiesti dal consumatore sia per reti civili che per reti aziendali industria.