Trasformatore-il suo lavoro, la costruzione, i tipi e gli usi

I trasformatori sono dispositivi elettrici che convertono la tensione a un valore più alto o più basso mantenendo idealmente la costante di potenza.

Sono parte integrante di un sistema elettrico e la loro applicazione può essere osservata in quasi tutti i settori dell’ingegneria elettrica che vanno dai sistemi di energia elettrica ai comuni elettrodomestici.

Perché ne abbiamo bisogno?

Con lo sviluppo delle fonti di alimentazione CA, è nata anche la necessità di trasformatori. Nei primi tempi, trasmissione di potenza DC è stato fatto nel conseguente maggiori perdite e scarsa efficienza. Con l’invenzione del trasformatore, questo problema è stato risolto e la trasmissione di potenza CA è diventata prominente.

Tuttavia, aumentando le tensioni di trasmissione utilizzando un trasformatore, questo problema è stato risolto. Un aumento della tensione è accompagnato da una diminuzione della corrente per mantenere costante la potenza in un trasformatore.

E con perdite di potenza direttamente proporzionali al quadrato della corrente, si ottiene una diminuzione della corrente di un fattore 10, riducendo di conseguenza le perdite di un fattore 100. In effetti, senza trasformatori, non saremmo stati in grado di utilizzare l’energia elettrica come la usiamo ora.

Ecco perché generiamo elettricità a tensioni fino a 11 a 25 kV e quindi aumentiamo queste tensioni a 132.220 o 500 kV per la trasmissione con perdite minime e poi abbassiamo la tensione per un uso residenziale e commerciale sicuro.

Costruzione di un trasformatore:

Un trasformatore è costituito principalmente da un nucleo, avvolgimenti e un serbatoio, tuttavia, boccole, respiratori, radiatori e conservatori sono presenti anche in alcuni trasformatori.

Nucleo: un nucleo del trasformatore è realizzato in ferro dolce o acciaio al silicio che fornisce un percorso a bassa riluttanza (le linee del campo magnetico possono facilmente attraversarle).

I nuclei del trasformatore sono laminati per ridurre le perdite di correnti parassite, i lamierini sono solitamente spessi da 2,5 mm a 5 mm e sono isolati l’uno dall’altro e gli avvolgimenti da un rivestimento di ossido, fosfato o vernice. Il Nucleo, realizzato con lamierini in diverse forme, ad esempio E, L, I, C ed U.

Nella shell di tipo trasformatori, il nucleo circonda o copre gli avvolgimenti come una conchiglia.

Nei trasformatori di tipo core, gli avvolgimenti sono avvolti attorno ai due arti o ai rettangoli del core.

Avvolgimenti:

Un trasformatore monofase a 2 avvolgimenti ha generalmente 2 avvolgimenti, avvolgimenti primari e secondari, realizzati in rame di alta qualità. Gli avvolgimenti sono arrotolati attorno al nucleo e non hanno completamente alcun contatto elettrico tra loro.

Possono anche essere chiamati rispettivamente avvolgimenti ad alta tensione e bassa tensione, con l’avvolgimento ad alta tensione con un isolamento maggiore rispetto all’avvolgimento a bassa tensione.

Principio di funzionamento:

La base del principio di funzionamento di un trasformatore è il lavoro di mutua induzione tra gli avvolgimenti primario e secondario, che sono legati da un comune di flusso magnetico attraverso il centro del trasformatore. Il nucleo fornisce un percorso di bassa riluttanza per il passaggio del flusso magnetico.

L’avvolgimento collegato alla sorgente può essere considerato come un avvolgimento primario e la corrente che trasporta può essere considerata avere un campo magnetico proprio.

Questo campo magnetico viene creato attraverso il nucleo e sta cambiando direzione a causa di correnti alternate, e ora secondo la legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica:

“Il Tasso di variazione del flusso di linkage rispetto al tempo è direttamente proporzionale alla FEM indotta in un conduttore o bobina”

Questo cambiamento nel campo magnetico induce una tensione sulla bobina secondaria, che è proporzionale al numero di giri su avvolgimenti. Questo può essere ulteriormente compreso dalla seguente equazione:

E = N dϕ /dt

Dove

E = FEM Indotta

N = numero di giri

dϕ = Variazione di flusso

dt = Variazione nel tempo

una Volta che l’avvolgimento secondario è collegato al carico, il circuito sarà completato e la corrente comincia a fluire attraverso di essa.

Rapporto di giri del trasformatore:

Entrambi gli avvolgimenti su un trasformatore, ad esempio primario e secondario, hanno un numero specifico di giri. Il rapporto tra il numero di giri sull’avvolgimento primario e il numero di giri sull’avvolgimento secondario è noto come rapporto di giri.

Ideale Trasformatore:

ideale trasformatore è un trasformatore che fornisce una potenza di uscita che è esattamente uguale alla potenza di ingresso. Ciò significa che non ha alcun tipo di perdita.

I trasformatori ideali non esistono e vengono utilizzati solo per semplificare i calcoli dei trasformatori. Il loro rapporto di tensione può essere modellato da queste semplici equazioni:

Come un trasformatore ideale è diverso da un vero trasformatore?

In realtà, abbiamo trasformatori che consistono in alcune perdite di potenza; quindi la potenza di uscita non è mai uguale alla potenza di ingresso del trasformatore.

I trasformatori reali hanno un certo valore di resistenza di bobina, flusso di perdita ed inoltre hanno rame e perdite del centro che abbiamo discusso qui.

Trasformatore circuito equivalente:

Un circuito equivalente di un trasformatore è una rappresentazione semplificata di un trasformatore, che comprendono le resistenze e reattanze.

Un circuito equivalente ci aiuta nell’esecuzione dei calcoli del trasformatore poiché l’analisi di base del circuito può ora essere applicata a un trasformatore.

Leggi il nostro ultimo articolo per saperne di più su circuito equivalente.

Efficienza:

L’efficienza del trasformatore è il rapporto tra la potenza di uscita del trasformatore e la potenza di ingresso.

si è dato da

O

Dove

poiché la potenza di uscita sarà essere sempre inferiore alla potenza di ingresso, l’efficienza del trasformatore sarà sempre compresa tra 0-100% mentre un trasformatore ideale avrà un’efficienza del 100%.

Per calcolare il trasformatore di efficienza del circuito equivalente aggiungere le perdite nel rame e core perdite per l’efficienza equazione per ottenere la seguente equazione:

Regolazione della Tensione:

È anche importante sapere che poiché un trasformatore ha impedenze in serie al suo interno, avrà anche cadute di tensione su di essi. Ciò si tradurrà in tensione di uscita variabile con il carico variabile anche se la tensione di ingresso è mantenuta costante.

La quantità che confronta la tensione di uscita a vuoto con la tensione di uscita a pieno carico è nota come regolazione della tensione.

Può essere calcolato dalla seguente equazione:

Dove

va notato che un ideale trasformatore a regolazione di tensione di 0%.

Tipi di trasformatori e loro applicazioni

Trasformatore step-up: questi trasformatori aumentano il livello di tensione più basso sul lato primario ad un valore di tensione più alto sul lato secondario. In questo caso, l’avvolgimento secondario ha un numero maggiore di giri rispetto a quello primario.

Questi sono utilizzati principalmente nella generazione di stazioni in cui la tensione generata da circa 11 kV è intensificato a 132 kV o più per la trasmissione

trasformatore di alimentazione: Trasformatori riduce la tensione alta a lato primario, per abbassare il valore di tensione sul lato secondario. In questo caso, l’avvolgimento primario ha un numero maggiore di giri.

I trasformatori step-down vengono utilizzati nelle stazioni di rete per ridurre le alte tensioni di trasmissione ad un valore inferiore adatto per la distribuzione e l’utilizzo. Possono anche essere trovati sui nostri caricabatterie mobili.

Altri tipi includono trasformatori di potenza, trasformatori di distribuzione, trasformatori di tipo core, trasformatori monofase e trifase, trasformatori interni ed esterni. Puoi controllare il nostro blog precedente concentrandosi sui tipi di trasformatori e sulle loro applicazioni.

Limitazioni di un trasformatore:

È anche importante notare che un trasformatore funzionerà solo in CA. Questo perché una corrente continua (DC) produrrà un campo magnetico costante invece di un campo magnetico mutevole e quindi nessun emf sarà indotto nell’avvolgimento secondario.

Una delle recenti iniziative di AllumiaX è una sponsorizzazione aziendale per la piattaforma GeneralPAC che fornisce tutorial per la protezione, l’automazione e i controlli dei sistemi di alimentazione. Qui, troverete la serie di video di Transformers. In questa serie saranno andando oltre l’introduzione alla connessione del trasformatore Delta Wye, Introduzione alla connessione del trasformatore Wye Wye, Introduzione alla connessione del trasformatore Delta Wye e corrente e tensioni circolanti, condizione di fase aperta nell’analisi del trasformatore, differenza tra la forma del nucleo e il trasformatore di potenza a forma di guscio.

Facci sapere se hai domande su questo argomento e forniscici il tuo feedback nei commenti.

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