El dispositiu i el principi de funcionament del transformador
Per convertir una tensió elèctrica d'una magnitud en una tensió elèctrica d'una altra magnitud, és a dir, per convertir l'energia elèctrica, utilitzeu transformadors elèctrics.
Un transformador només pot convertir el corrent altern en corrent altern, per tant, per obtenir corrent continu, el corrent altern del transformador es rectifica si cal. Amb aquesta finalitat serveixen rectificadors.
D'una manera o altra, cada transformador (ja sigui un transformador de tensió, un transformador de corrent o un transformador d'impulsos) funciona a causa del fenomen de la inducció electromagnètica, que es manifesta en tota la seva esplendor precisament amb corrent altern o de pols.
Dispositiu transformador
En la seva forma més simple, un transformador monofàsic consta només de tres parts principals: un nucli ferromagnètic (circuit magnètic), així com bobinatges primaris i secundaris. En principi, un transformador pot tenir més de dos bobinats, però almenys dos d'ells. En alguns casos, la funció del bobinatge secundari es pot dur a terme per part de les espires del bobinatge primari (vegeu la Fig. tipus de transformadors), però aquestes solucions són força rares en comparació amb les habituals.
La part principal del transformador és un nucli ferromagnètic. Quan el transformador funciona, el camp magnètic canviant es troba dins del nucli ferromagnètic. La font del camp magnètic canviant al transformador és el corrent altern del bobinatge primari.
Tensió del bobinatge secundari del transformador
Se sap que tot corrent elèctric va acompanyat d'un camp magnètic; en conseqüència, un corrent altern va acompanyat d'un camp magnètic altern (que canvia de magnitud i direcció).
Així, en subministrar corrent altern al bobinatge primari del transformador, obtenim un camp magnètic canviant del corrent del bobinat primari. I així el camp magnètic es concentra principalment al nucli del transformador, aquest nucli està fet d'un material amb una alta permeabilitat magnètica, milers de vegades més gran que la de l'aire, de manera que la part principal del flux magnètic del bobinatge primari serà tancat exactament dins del nucli, no a través de l'aire.
Així, el camp magnètic altern del bobinatge primari es concentra en el volum del nucli del transformador, que està fet d'acer del transformador, ferrita o un altre material adequat, depenent de la freqüència de funcionament i la finalitat d'un transformador en particular.
El bobinatge secundari del transformador es troba en un nucli comú amb el seu bobinatge primari. Per tant, el camp magnètic altern del bobinatge primari també penetra a les espires del bobinatge secundari.
A fenomen de la inducció electromagnètica simplement rau en el fet que un camp magnètic variable en el temps provoca un camp elèctric canviant a l'espai que l'envolta. I com que hi ha un segon cable de bobina en aquest espai al voltant del camp magnètic canviant, el camp elèctric altern induït actua sobre els portadors de càrrega dins d'aquest cable.
Aquesta acció del camp elèctric provoca un EMF amb cada volta de la bobina secundària. Com a resultat, apareix una tensió elèctrica alterna entre els terminals del bobinatge secundari. Quan el bobinatge secundari del transformador connectat no està carregat, el transformador està buit.
Funcionament del transformador sota càrrega
Si una determinada càrrega està connectada al bobinatge secundari d'un transformador en funcionament, a través de la càrrega sorgeix un corrent en tot el circuit secundari del transformador.
Aquest corrent genera el seu propi camp magnètic que, segons la llei de Lenz, té una direcció tal que s'oposa a la "causa que el provoca". Això vol dir que el camp magnètic del corrent del bobinatge secundari en qualsevol instant de temps tendeix a reduir el camp magnètic creixent del bobinatge primari o tendeix a suportar el camp magnètic del bobinatge primari quan disminueix, sempre apunta al magnètic. camp de la bobina primària.
Així, quan es carrega el bobinatge secundari del transformador, es produeix un EMF posterior en el seu bobinatge primari, forçant el bobinatge primari del transformador a extreure més corrent de la xarxa de subministrament.
Factor de transformació
La relació de voltes dels enrotllaments N1 primari i N2 secundari d'un transformador determina la relació entre les tensions d'entrada U1 i U2 de sortida i els corrents d'entrada I1 i de sortida I2 quan el transformador funciona sota càrrega. Aquesta proporció s'anomena relació de transformació del transformador:
El factor de transformació és més gran que un si el transformador està reduït i menor que un si el transformador està augmentat.
Transformador de tensió
Un transformador de tensió és un tipus de transformador reductor dissenyat per aïllar galvànicament circuits d'alta tensió dels circuits de baixa tensió.
Normalment, quan es tracta d'alta tensió, signifiquen 6 quilovolts o més (al bobinatge primari del transformador de tensió), i la baixa tensió significa valors de l'ordre de 100 volts (al bobinatge secundari).
Aquest transformador s'utilitza, per regla general, amb finalitats de mesura… Redueix, per exemple, l'alta tensió de la línia elèctrica a una baixa tensió convenient per a la mesura, alhora que és capaç d'aïllar galvànicament els circuits de mesura, protecció i control del circuit d'alta tensió. Aquest tipus de transformadors solen funcionar en mode inactiu.
Bàsicament qualsevol cosa es pot anomenar transformador de tensió transformador de potènciautilitzat per convertir energia elèctrica.
Transformador de corrent
En un transformador de corrent, el bobinatge primari, que normalment consta d'una sola volta, està connectat en sèrie amb el circuit de la font de corrent. Aquesta volta pot ser una secció del cable del circuit on s'ha de mesurar el corrent.
El cable simplement es fa passar per la finestra del nucli del transformador i es converteix en aquesta única volta: la volta del bobinatge primari. El seu bobinatge secundari, que té moltes voltes, està connectat a un aparell de mesura que té poca resistència interna.
Els transformadors d'aquest tipus s'utilitzen per mesurar valors de corrent altern en circuits de potència. Aquí el corrent i la tensió del bobinatge secundari són proporcionals al corrent mesurat del bobinatge primari (circuit de corrent).
Els transformadors de corrent s'utilitzen àmpliament en dispositius de protecció de relés per a sistemes d'alimentació, per tant tenen una alta precisió. Fa que les mesures siguin segures, ja que aïllen de manera galvànica el circuit de mesura del circuit primari (normalment d'alta tensió: desenes i centenars de quilovolts).
Transformador d'impulsos
Aquest transformador està dissenyat per convertir una forma de pols de corrent (tensió). Polsos curts, generalment rectangulars, aplicats al seu bobinat primari fan que el transformador funcioni pràcticament en condicions transitòries.
Aquests transformadors s'utilitzen en convertidors de tensió d'impulsos i altres dispositius d'impulsos, així com en transformadors diferenciadors.
L'ús de transformadors d'impulsos permet reduir el pes i el cost dels dispositius en què s'utilitzen, simplement per l'augment de la freqüència de conversió (desenes i centenars de kilohertz) en comparació amb els transformadors de xarxa que funcionen a una freqüència de 50-60 Hz. Els polsos rectangulars, el temps de pujada dels quals és molt inferior a la pròpia durada del pols, solen transformar-se amb una distorsió baixa.