Trasformatore CA: definizione, dispositivo, tipi di strutture e designazione sullo schema

La maggior parte dei radioamatori alle prime armi, e solo quelli che amano l'ingegneria radiofonica, sono interessati a domande su cosa sia un trasformatore, come funziona e cosa serve. In effetti, tutto è molto semplice: un trasformatore serve a convertire una corrente alternata da un valore con una certa frequenza (parametro) ad un altro con un parametro identico.

Dispositivo trasformatore

In conformità con GOST 16110-82, la definizione di trasformatore è la seguente: un trasformatore è un dispositivo elettromagnetico di tipo statistico, dotato di due o più avvolgimenti accoppiati induttivamente e progettati per convertire uno o più sistemi AC in uno o più altri sistemi.

Questo prodotto elettromagnetico ha una struttura semplice, costituita dai seguenti elementi: (sistema magnetico), avvolgimenti, telai di avvolgimento, isolamento (non in tutti i trasformatori), sistema di raffreddamento. elementi aggiuntivi.

In pratica, i produttori utilizzano uno dei tre concetti di base per realizzare i trasformatori:

1. Asta. Gli avvolgimenti sono avvolti sulle aste esterne.
2. Armatura. Le pareti laterali sono lasciate senza avvolgimenti.
3. Toroidale. Ha la forma di un anello con avvolgimento uniforme su tutta la circonferenza.

Va notato che la scelta di un particolare concetto non influisce sui parametri finali del trasformatore e non influisce sull'affidabilità operativa, ma, tuttavia, differisce in modo significativo nella tecnologia di produzione.

Sistema magnetico

I nuclei magnetici per un trasformatore hanno una certa forma geometrica e sono fatti di un certo numero di materiali, per che include acciaio elettrico, permalloy, ferrite o altro materiale con ferromagnetico proprietà. A seconda del materiale e del design, il circuito magnetico può essere raccolto da piastre, pressato, avvolto da un nastro sottile, assemblato da due, quattro o più "ferri di cavallo".

Le aste fungono da cornice per il posizionamento degli avvolgimenti principali. Possono avere diverse disposizioni spaziali, a seconda delle quali si distinguono diversi tipi di sistemi.

1. Sistema magnetico piano con assi longitudinali di aste e gioghi situati sullo stesso piano.
2. Un sistema spaziale in cui gli assi longitudinali delle aste si trovano su piani diversi.
3. Sistema simmetrico, dotato di aste identiche, che hanno la stessa posizione relativa rispetto ai gioghi.
4. Un sistema asimmetrico costituito da aste, alcune delle quali possono differire per forma, disegno e dimensione, con differenti posizioni relative rispetto ai gioghi.

Disegno di avvolgimento

L'avvolgimento è l'elemento principale del trasformatore. È una struttura multigiro composta da uno o più fili di rame (meno spesso alluminio) di vari diametri. In genere, i trasformatori di potenza utilizzano conduttori quadrati che consentono uso più efficiente dello spazio disponibile, aumentando così il fattore di riempimento (A).

Ogni avvolgimento è isolato per evitare cortocircuiti. Come materiale isolante è possibile utilizzare carta speciale o vernice smaltata. A proposito, se per la fabbricazione dell'avvolgimento sono stati utilizzati due fili isolati separatamente e collegati in parallelo, possono essere dotati di un comune isolamento in carta.

Serbatoio di carburante

Il serbatoio è uno degli elementi aggiuntivi più importanti del trasformatore.. È un contenitore progettato per conservare l'olio del trasformatore, nonché per fornire protezione fisica per il componente attivo. Inoltre, l'involucro del serbatoio è progettato per il montaggio di apparecchiature ausiliarie e un dispositivo di controllo.

Uno degli elementi interni del serbatoio è un risonatore ad alta corrente. È suscettibile di surriscaldamento rapido e frequente quando la potenza nominale e le correnti del trasformatore aumentano. Per ridurre il rischio di surriscaldamento, intorno ai risonatori sono installati inserti non magnetici.

Il rivestimento interno del serbatoio è costituito da schermi conduttivi che non consentono ai flussi magnetici di passare attraverso le pareti del serbatoio. A volte c'è un rivestimento realizzato con un materiale a bassa resistenza magnetica. Questo tipo di rivestimento assorbe i flussi interni prima di raggiungere le pareti della vasca.

Prima di cambiare il carburante, l'aria viene pompata fuori dal serbatoio per evitare una diminuzione della rigidità dielettrica dell'isolamento del trasformatore. Da ciò si osserva uno scopo aggiuntivo del serbatoio, che è quello di resistere alla pressione atmosferica con una deformazione minima.

Principio di funzionamento

I trasformatori funzionano sulla base di due principi: elettromagnetismo - la creazione di un flusso magnetico variabile nel tempo sotto l'influenza di un corrente, che cambia anche, e induzione elettromagnetica - induzione di EMF (forza elettromotrice), a causa di un cambiamento nel flusso magnetico che passa attraverso avvolgimento.

Il trasformatore viene acceso dopo aver applicato la tensione all'avvolgimento primario. Insieme alla tensione, viene fornita una corrente alternata all'avvolgimento, che partecipa alla formazione di un flusso magnetico alternato nel circuito magnetico. Questo crea un campo elettromagnetico in tutti gli avvolgimenti del dispositivo.

La tensione di uscita (avvolgimento secondario) è correlata in modo complesso alla forma della tensione di ingresso. Queste complessità hanno portato alla creazione di una linea di nuovi trasformatori, che hanno iniziato ad essere utilizzati per risolvere compiti alternativi, ad esempio amplificare la corrente, moltiplicare la frequenza e generare segnali.

Modalità funzionali

I trasformatori possono funzionare in tre modalità: inattivo (XX) - 1, carico - 2 e cortocircuito - 3.

Modalità 1: XX. Una caratteristica di questa modalità è che il circuito del trasformatore secondario è in uno stato aperto, quindi nessuna corrente scorre attraverso di esso. In questa posizione del circuito, il potenziale di corrente è zero, il che crea una corrente di riposo nel circuito primario, che ha una componente reattiva e attiva. Questo EMF è in grado di compensare completamente la tensione di alimentazione. Questa modalità viene utilizzata per determinare l'efficienza e il livello di perdita del nucleo.

Modalità 2: carichi. In questa modalità, il familiare avvolgimento del trasformatore è alimentato da una fonte di alimentazione esterna e il carico è collegato al circuito secondario. Dopo aver collegato il carico, una corrente inizia a fluire attraverso il circuito secondario, che crea un flusso magnetico diretto nella direzione opposta al flusso dell'avvolgimento primario. Ciò provoca una disuguaglianza tra le due forze: induzione e alimentazione, che aumenta la corrente, che scorre attraverso l'avvolgimento primario fino a quando il flusso magnetico ritorna all'originale significato. Questa modalità è la modalità operativa principale per i trasformatori.

Modalità 3: cortocircuito. Per ottenere questa modalità, il circuito secondario del trasformatore viene cortocircuitato e viene applicata una bassa tensione alternata all'avvolgimento primario. Il valore della tensione di ingresso è scelto in modo che la corrente di cortocircuito sia uguale a quella nominale. Questa modalità viene utilizzata per determinare le perdite per il riscaldamento degli avvolgimenti nel circuito del trasformatore.

Tipi di prodotti

È passato molto tempo dal 30 novembre 1876, che è considerata la data di creazione del primo trasformatore. Durante questo periodo, i dispositivi sono stati notevolmente modificati sia in termini di design che di caratteristiche. Oggi esistono i seguenti tipi di trasformatori:

• Trasformatore di alimentazione CA. Tali trasformatori sono utilizzati nelle reti di alimentazione e negli impianti elettrici, progettati per ricevere e utilizzare l'elettricità. Questi trasformatori sono utilizzati a causa del fatto che ci sono varie tensioni operative lungo l'intera lunghezza del percorso, ad esempio su linee elettriche (linee di trasmissione di potenza) può variare da 0,035 a 0,75 MV (megavolt), e nelle cabine di trasformazione è pari a 400 V, che vengono successivamente convertiti nei consueti 220/380 v.
• Autotrasformatore. Una variante del trasformatore con una connessione diretta degli avvolgimenti primari e secondari, che crea non solo induzione elettromagnetica, ma anche elettrica. Gli autotrasformatori sono dotati di avvolgimenti multi-uscita, il cui numero minimo è tre. Sono utilizzati come elemento di collegamento di reti efficacemente messe a terra con una tensione di 0,11 MV e un rapporto di trasformazione da 3 a 4. Gli autotrasformatori hanno due vantaggi chiave e uno svantaggio minore. I primi includono l'economia (a causa dei minori costi per l'acquisto del rame per gli avvolgimenti e dell'acciaio per il nucleo) e l'alta efficienza - dovuta alla conversione parziale della potenza in ingresso. Lo svantaggio è la mancanza di isolamento galvanico - isolamento elettrico tra i circuiti primario e secondario.
• Trasformatore di corrente. Un dispositivo con un avvolgimento primario alimentato da una fonte di corrente esterna, mentre il circuito secondario sta cercando di essere realizzato in modo tale che funzioni in una modalità vicina a un cortocircuito. L'avvolgimento primario è collegato in serie con il circuito di carico. In questo circuito scorre una corrente alternata, che deve essere controllata. Per avvicinarsi alla modalità di cortocircuito, voltmetri o indicatori, ad esempio un relè o un LED, sono collegati al circuito secondario. La presenza di elementi aggiuntivi nel circuito secondario ha portato ad uno dei campi di applicazione di tali trasformatori, che consiste in nel ridurre le correnti primarie a valori utilizzabili per scopi di misura, protezione, controllo e segnalazione.
• Trasformatore di saldatura. Viene installato nelle saldatrici e serve per convertire la tensione di rete 220/380 volt a valori inferiori, oltre che per aumentare il livello di corrente. La corrente può essere regolata modificando la resistenza induttiva o la tensione secondaria XX. Questo viene fatto sezionando rispettivamente il numero di spire del primario o del secondo avvolgimento.
• Trasformatore di isolamento. Si differenzia da altri dispositivi di questo tipo per l'assenza di collegamento elettrico tra gli avvolgimenti primari e secondari. I dispositivi di separazione sono utilizzati nelle reti elettriche al fine di garantire la sicurezza delle persone in caso di interruzioni di linea o altre emergenze che possono essere dannose, nonché allo scopo di fornire galvanica interscambi.

Designazione sui diagrammi

Il trasformatore nello schema è indicato come segue: al centro è tracciata una linea spessa, che rappresenta il nucleo, alla sua sinistra nel piano verticale la bobina è raffigurata (gira verso il nucleo) - l'avvolgimento primario e a destra una o più bobine - avvolgimenti secondari.

In generale, la rappresentazione schematica della linea che indica il nucleo dovrebbe corrispondere allo spessore delle spire delle bobine mostrate. Se è necessario enfatizzare le caratteristiche del materiale o del design del nucleo, la linea centrale viene leggermente modificata nel diagramma. Quindi, un classico nucleo di ferrite è indicato da una linea solida in grassetto e un nucleo con uno spazio magnetico è indicato da una linea sottile con uno spazio nel mezzo. I nuclei magneto-dielettrici sono mostrati con una sottile linea tratteggiata.