Tipus de transformadors
Un transformador és un dispositiu electromagnètic estàtic que conté de dues a diverses bobines situades en un circuit magnètic comú i, per tant, connectades entre elles de manera inductiva. Serveix com a transformador per convertir l'energia elèctrica del corrent altern mitjançant inducció electromagnètica sense canviar la freqüència del corrent. Els transformadors s'utilitzen tant per a la conversió de voltatge alterna com aïllament galvànic en diferents camps de l'enginyeria elèctrica i electrònica.
Per ser justos, observem que, en alguns casos, el transformador pot contenir només un bobinatge (autotransformador) i el nucli pot estar completament absent (HF - transformador), però la majoria dels transformadors tenen un nucli (circuit magnètic) fet de material ferromagnètic magnètic suau, i dues o més bobines de cinta o filferro aïllades cobertes per un flux magnètic comú, però primer en primer lloc. Vegem quins tipus de transformadors són, com estan disposats i per a què serveixen.
Transformador de potència
Aquest tipus de transformadors de baixa freqüència (50-60 Hz) s'utilitzen en xarxes elèctriques, així com en instal·lacions de recepció i conversió d'energia elèctrica. Per què es diu poder? Perquè és aquest tipus de transformador el que serveix per subministrar i rebre electricitat des i des de línies elèctriques, on la tensió pot arribar als 1150 kV.
A les xarxes elèctriques urbanes, la tensió arriba als 10 kV. A través exactament potents transformadors de baixa freqüència la tensió també baixa als 0,4 kV, 380/220 volts requerits pels consumidors.
Estructuralment, un transformador de potència típic pot contenir dos, tres o més bobinatges disposats sobre un nucli d'acer elèctric blindat, amb alguns dels bobinatges de baixa tensió alimentats en paral·lel (transformador de bobinatge dividit).
Això és útil per augmentar la tensió rebuda de diversos generadors simultàniament. Per regla general, el transformador de potència es col·loca en un dipòsit amb oli de transformador i, en el cas d'exemplars especialment potents, s'afegeix un sistema de refrigeració actiu.
A les subestacions i centrals elèctriques s'instal·len transformadors de potència trifàsics amb una capacitat de fins a 4000 kVA. Les trifàsiques són més habituals, ja que s'obtenen pèrdues fins a un 15% menys que amb tres monofàsiques.
Transformador de xarxa
A les dècades de 1980 i 1990, els transformadors de línia es podien trobar en gairebé tots els aparells elèctrics. Amb l'ajuda d'un transformador de xarxa (generalment monofàsica), la tensió d'una xarxa domèstica de 220 volts amb una freqüència de 50 Hz es redueix al nivell requerit per un aparell elèctric, per exemple 5, 12, 24 o 48 volts.
Els transformadors de línia sovint es fabriquen amb múltiples bobinatges secundaris, de manera que es poden utilitzar múltiples fonts de tensió per alimentar diferents parts del circuit. En particular, els transformadors TN (transformador incandescent) sempre podrien (i encara es poden) trobar en circuits on hi ha tubs de ràdio.
Els transformadors de línia moderns es construeixen sobre nuclis en forma de W, en forma de vareta o toroidals d'un conjunt de plaques d'acer elèctric sobre les quals s'enrotllen les bobines. La forma toroidal del circuit magnètic permet obtenir un transformador més compacte.
Si comparem transformadors amb la mateixa potència total de nuclis toroidals i en forma de W, el toroidal ocuparà menys espai, a més, la superfície del circuit magnètic toroidal està completament coberta pels bobinatges, no hi ha un jou buit, com és el cas. el cas amb nuclis blindats en forma de W o en forma de vareta. La xarxa elèctrica inclou, en particular, transformadors de soldadura amb una potència de fins a 6 kW. Els transformadors de xarxa es classifiquen, per descomptat, com a transformadors de baixa freqüència.
Autotransformador
Un tipus de transformador de baixa freqüència és un autotransformador en què el bobinatge secundari forma part del primari o el primari forma part del secundari. És a dir, a l'autotransformador, els bobinatges es connecten no només magnèticament, sinó també elèctricament. Diversos cables estan fets d'una bobina i us permeten obtenir diferents voltatges d'una sola bobina.
El principal avantatge de l'autotransformador és el seu menor cost, ja que s'utilitza menys filferro per als bobinatges, menys acer per al nucli i, per tant, el pes és menor que el d'un transformador convencional.El desavantatge és la manca d'aïllament galvànic de les bobines.
Els autotransformadors s'utilitzen en dispositius de control automàtic i també s'utilitzen àmpliament en xarxes elèctriques d'alta tensió. Els autotransformadors trifàsics amb connexió en triangle o en estrella a les xarxes elèctriques tenen una gran demanda avui dia.
Els autotransformadors de potència estan disponibles en capacitats de fins a centenars de megawatts. Els autotransformadors també s'utilitzen per engegar motors de corrent altern potents. Els autotransformadors són especialment útils per a relacions de transformació baixes.
Autotransformador de laboratori
Un cas especial d'un autotransformador és un autotransformador de laboratori (LATR). Permet ajustar sense problemes la tensió subministrada a l'usuari. El disseny LATR és transformador toroidal amb un únic bobinatge que té una "via" no aïllada de volta a volta, és a dir, és possible connectar-se a cadascuna de les espires del bobinatge. El contacte de la pista s'ofereix per un raspall de carbó lliscant que es controla mitjançant un botó giratori.
Així, podeu obtenir la tensió efectiva amb diferents magnituds a la càrrega. Les unitats monofàsiques típiques us permeten acceptar tensions de 0 a 250 volts i trifàsiques de 0 a 450 volts. Els LATR amb potència de 0,5 a 10 kW són molt populars als laboratoris amb la finalitat d'ajustar equips elèctrics.
Transformador de corrent
Transformador de corrent S'anomena transformador el bobinat primari del qual està connectat a una font de corrent i el bobinatge secundari a dispositius de protecció o mesura que tenen una resistència interna baixa. El tipus més comú de transformador de corrent és un transformador de corrent d'instrument.
El bobinatge primari del transformador de corrent (normalment només una volta, un cable) està connectat en sèrie al circuit en el qual es vol mesurar el corrent altern. Resulta que el corrent del bobinatge secundari és proporcional al corrent del primari, mentre que el bobinatge secundari s'ha de carregar necessàriament, ja que, en cas contrari, la tensió del bobinatge secundari pot ser prou alta com per trencar l'aïllament. A més, si s'obre el bobinatge secundari del TC, el circuit magnètic simplement es cremarà pels corrents no compensats induïts.
La construcció del transformador de corrent és un nucli fet d'acer elèctric laminat en fred de silici laminat sobre el qual s'enrotllen un o més bobinatges secundaris aïllats. El bobinatge primari sovint és simplement una barra o cable amb un corrent mesurat que passa per la finestra del circuit magnètic (per cert, aquest principi és utilitzat per pinça metre).La característica principal d'un transformador de corrent és la relació de transformació, per exemple 100/5 A.
Els transformadors de corrent s'utilitzen àmpliament per a la mesura de corrent i en circuits de protecció de relés. Són segurs perquè els circuits mesurats i secundaris estan aïllats galvànicament entre si. Normalment, els transformadors de corrent industrial es fabriquen amb dos o més grups de bobinatges secundaris, un dels quals està connectat a dispositius de protecció i l'altre a un dispositiu de mesura, com ara comptadors.
Transformador d'impulsos
En gairebé totes les fonts d'alimentació actuals, en diversos inversors, en màquines de soldadura i en altres convertidors elèctrics de potència i baixa potència, s'utilitzen transformadors d'impulsos.Avui en dia, els circuits d'impulsos han substituït gairebé completament els transformadors pesats de baixa freqüència per nuclis d'acer laminat.
Un transformador d'impulsos típic és un transformador de nucli de ferrita. La forma del nucli (circuit magnètic) pot ser completament diferent: anell, vareta, copa, en forma de W, en forma d'U. L'avantatge de les ferrites sobre l'acer del transformador és evident: els transformadors basats en ferrita poden funcionar a freqüències de fins a 500 kHz o més.
Com que el transformador d'impulsos és un transformador d'alta freqüència, les seves dimensions es redueixen significativament a mesura que augmenta la freqüència. Es requereix menys cable per als bobinatges i el corrent de camp és suficient per obtenir un corrent d'alta freqüència al bucle primari, IGBT o un transistor bipolar, de vegades diversos, depenent de la topologia del circuit d'alimentació polsada (en endavant — 1, push-pull — 2, mig pont — 2, pont — 4).
Per ser justos, observem que si s'utilitza un circuit d'alimentació inversa, aleshores el transformador és essencialment una estrangulació doble, ja que els processos d'acumulació i alliberament d'electricitat al circuit secundari estan separats en el temps, és a dir, no continuen. simultàniament, per tant, amb el circuit de control de flyback, encara és un estrany però no un transformador.
Els circuits d'impulsos amb transformadors i bobines de ferrita es troben a tot arreu avui en dia, des de balasts de llums d'estalvi d'energia i carregadors de diversos aparells, fins a màquines de soldadura i potents inversors.
Transformador de corrent de pols
Per mesurar la magnitud i (o) direcció del corrent en circuits d'impuls, sovint s'utilitzen transformadors de corrent d'impuls, que són un nucli de ferrita, sovint en forma d'anell (toroidal), amb un bobinatge.Es fa passar un cable per l'anell del nucli, el corrent en el qual s'ha d'examinar, i la bobina en si es carrega en una resistència.
Per exemple, l'anell conté 1000 espires de filferro, aleshores la relació entre els corrents del primari (filferro roscat) i el bobinatge secundari serà de 1000 a 1. Si el bobinatge de l'anell es carrega en una resistència d'un valor conegut, aleshores la tensió mesurada a través d'ella serà proporcional al corrent de la bobina, el que significa que el corrent mesurat és 1000 vegades el corrent a través d'aquesta resistència.
La indústria produeix transformadors de corrent d'impuls amb diferents relacions de transformació. El dissenyador només necessita connectar una resistència i un circuit de mesura a aquest transformador. Si voleu saber la direcció del corrent, no la seva magnitud, el bobinatge del transformador de corrent simplement es carrega amb dos díodes zener oposats.
Comunicació entre màquines elèctriques i transformadors
Els transformadors elèctrics s'inclouen sempre en els cursos de màquines elèctriques cursats en totes les especialitats d'enginyeria elèctrica de les institucions educatives. En essència, un transformador elèctric no és una màquina elèctrica, sinó un aparell elèctric, ja que no hi ha peces mòbils, la presència de les quals és un tret característic de qualsevol màquina com a tipus de mecanisme.Per això, els cursos esmentats, en per tal d'evitar malentesos, s'han d'anomenar "curs de màquines elèctriques i transformadors elèctrics".
La inclusió de transformadors en tots els cursos de maquinària elèctrica és per dos motius.Una és d'origen històric: les mateixes fàbriques que construïen màquines elèctriques de corrent altern també construïen transformadors, perquè la mera presència de transformadors donava a les màquines de corrent altern un avantatge sobre les màquines de corrent continu, fet que, finalment, va comportar el seu predomini en la indústria. I ara és impossible imaginar una gran instal·lació de CA sense transformadors.
Tanmateix, amb el desenvolupament de la producció de màquines i transformadors de corrent altern, es va fer necessari concentrar la producció de transformadors en fàbriques especials de transformadors. El fet és que a causa de la possibilitat de transmetre corrent altern mitjançant transformadors a llargues distàncies, l'augment de la tensió més alta dels transformadors va ser molt més ràpid que l'augment de la tensió de les màquines elèctriques de corrent altern.
En l'etapa actual de desenvolupament de màquines elèctriques de corrent altern, la tensió racional més alta per a elles és de 36 kV. Al mateix temps, la tensió més alta dels transformadors elèctrics realment implementats va arribar als 1150 kV. Tensions de transformació tan elevades i el seu funcionament en línies elèctriques aèries exposades als llamps han provocat problemes de transformadors molt específics que són aliens a la maquinària elèctrica.
Això va comportar la producció de problemes tecnològics tan diferents dels problemes tecnològics de l'enginyeria elèctrica que la separació dels transformadors en producció independent es va fer inevitable. Així, va desaparèixer el primer motiu —la connexió industrial que posava els transformadors a prop de les màquines elèctriques—.
La segona raó és de caràcter fonamental i consisteix en el fet que els transformadors elèctrics utilitzats a la pràctica, així com les màquines elèctriques, es basen en principi d'inducció electromagnètica (llei de Faraday), — continua sent un vincle inamovible entre ells. Al mateix temps, per entendre molts fenòmens en màquines de corrent altern, és absolutament necessari el coneixement dels processos físics que es produeixen en els transformadors i, a més, la teoria d'una gran classe de màquines de corrent altern es pot reduir a la teoria de transformadors, ja que facilita la seva consideració teòrica.
Per tant, en la teoria de les màquines de corrent altern, la teoria dels transformadors ocupa un lloc fort, de la qual, però, no es dedueix que els transformadors es puguin anomenar màquines elèctriques. A més, cal tenir en compte que els transformadors tenen un procés de configuració d'objectius i de conversió d'energia diferent que les màquines elèctriques.
La finalitat d'una màquina elèctrica és convertir l'energia mecànica en energia elèctrica (generador) o, per contra, l'energia elèctrica en energia mecànica (motor), mentre que en un transformador estem davant de la conversió d'un tipus d'energia elèctrica de corrent altern en energia altern. energia elèctrica actual. corrent d'un altre tipus.