Tensione dell'avvolgimento secondario. trasformatori

Contatori elettrici

I trasformatori sono uno dei dispositivi elettrici più comuni utilizzati in una varietà di settori: energia, industria, elettronica e nella vita di tutti i giorni.

In breve, lo scopo di un trasformatore può essere descritto come segue: è un dispositivo che converte la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione. Tutti i trasformatori sono progettati per funzionare solo con tensione alternata.

Il trasformatore non deve essere collegato alla rete corrente continua, poiché quando il trasformatore è collegato a una rete CC, il flusso magnetico in esso sarà invariato nel tempo e, quindi, non indurrà EMF negli avvolgimenti; di conseguenza, nell'avvolgimento primario scorrerà alta corrente, poiché in assenza di EMF, sarà limitato solo dalla resistenza attiva relativamente piccola dell'avvolgimento. Questa corrente può causare un riscaldamento inaccettabile dell'avvolgimento e persino il suo esaurimento.

Esistono trasformatori step-up e step-down. In un trasformatore elevatore, l'avvolgimento primario ha una bassa tensione, il numero di spire nell'avvolgimento secondario è maggiore rispetto al primario. In un trasformatore step-down, al contrario, l'avvolgimento secondario ha una bassa tensione e il numero di spire nell'avvolgimento secondario è inferiore rispetto al primario.

Il rapporto tra il numero di spire dell'avvolgimento primario e il numero di spire dell'avvolgimento secondario è chiamato rapporto di trasformazione ed è indicato dalla lettera Per:

dove U1 e U2 sono le tensioni all'ingresso e all'uscita del trasformatore, N1 e N2- il numero di spire degli avvolgimenti primari e secondari, I1 e Io2 sono le correnti dei circuiti primario e secondario.

Principio operativo

Il principio di funzionamento di tutti i trasformatori è associato al fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Il trasformatore è costituito da un circuito magnetico ferromagnetico Ф, assemblato da fogli separati di acciaio elettrico, su cui sono presenti due avvolgimenti (1 - primario, 2 - secondario) in filo isolato.

L'avvolgimento collegato all'alimentazione è chiamato primario e l'avvolgimento a cui sono collegati i consumatori è chiamato secondario.

Quando passa corrente alternata un flusso magnetico alternato appare nell'avvolgimento primario nel nucleo, che eccita una fem nell'avvolgimento secondario. L'intensità di corrente nell'avvolgimento secondario, non collegato al circuito che consuma energia, è zero. Se il circuito è collegato e viene consumata elettricità, allora, secondo la legge di conservazione dell'energia, la corrente nell'avvolgimento primario aumenta proporzionalmente.

Avviene così la trasformazione e la distribuzione dell'energia elettrica.

Tipi di trasformatori

Trasformatori di potenza— Questo tipo di trasformatore è progettato per convertire l'energia elettrica in reti elettriche, per l'alimentazione di apparecchiature elettriche varie, nei circuiti di illuminazione.

Autotrasformatori- per questo tipo di trasformatore gli avvolgimenti sono collegati galvanicamente tra loro. Fondamentalmente, gli autotrasformatori vengono utilizzati per modificare e regolare la tensione.

Trasformatori di corrente- un trasformatore atto ad abbassare la corrente primaria al valore utilizzato nei circuiti di misura, protezione, comando e segnalazione. Il valore nominale dell'avvolgimento secondario è 1A, 5A. L'avvolgimento primario del trasformatore di corrente è collegato al circuito con la corrente alternata misurata e gli strumenti di misura sono collegati al secondario. La corrente che scorre attraverso l'avvolgimento secondario di un trasformatore di corrente è proporzionale alla corrente che scorre nel suo avvolgimento primario per il rapporto di trasformazione.

Trasformatori di isolamento- avere un avvolgimento primario non collegato elettricamente agli avvolgimenti secondari. I trasformatori di isolamento di potenza servono ad aumentare la sicurezza nelle reti elettriche. I trasformatori di isolamento del segnale sono progettati per fornire l'isolamento galvanico dei circuiti elettrici.

Un trasformatore è un dispositivo elettromagnetico fisso (statico) che converte la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione della stessa frequenza.

Il trasformatore più semplice è costituito da un nucleo ferromagnetico chiuso e due avvolgimenti. L'avvolgimento collegato al generatore è chiamato avvolgimento primario. L'avvolgimento a cui è collegato il carico è chiamato secondario.

Il funzionamento del trasformatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica.La corrente alternata che scorre attraverso l'avvolgimento primario crea un flusso magnetico alternato nel nucleo del trasformatore F che, penetrando negli avvolgimenti. induce alcuni e in ogni turno. ds (E). Il valore attuale e. d.s., è determinato dalla formula

dove E è il valore effettivo di e.d. Insieme a.;

ω-numero di giri;

frequenza f, Hz;

Φ m - valore di ampiezza del flusso magnetico, wb.

Se prendiamo il numero di giri ω=1, allora E=4.44fΦm


Forze elettromotrici indotte dal flusso magnetico Φ , negli avvolgimenti del trasformatore sarà ovviamente proporzionale al numero di spire. Se il numero di spire degli avvolgimenti primari e secondari è indicato rispettivamente da ω 1 e ω 2, quindi per il valore effettivo di e. ds avremo l'autoinduzione dell'avvolgimento primario (E 1). E 1 \u003d ω 1 E, simile a e. ds mutua induttanza dell'avvolgimento secondario E 2 \u003d ω 2 E.

Atteggiamento

detto rapporto di trasformazione e indicato con la lettera A:

Se il trasformatore non è caricato (ovvero, il circuito dell'avvolgimento secondario è aperto), la tensione ai suoi terminali è e. ds ( U2= E2). Allo stesso tempo, poiché l'avvolgimento primario ha una resistenza induttiva relativamente grande e la corrente che consuma dalla rete è piccola, la caduta di tensione attraverso la sua resistenza attiva può essere trascurata. Quindi la tensione applicata all'avvolgimento primario sarà numericamente uguale a e. ds autoinduzione ( U1≈E1). Quindi senza carico U1≈E1 e U 2= E 2 . Pertanto, il rapporto Mi 1 / Mi 2 può essere sostituito dalla relazione U1/U2, cioè.

Pertanto, il rapporto di trasformazione è il rapporto tra la tensione ai terminali dell'avvolgimento primario e la tensione ai terminali dell'avvolgimento secondario in assenza di carico (o, come si suol dire, quando il trasformatore è inattivo).

A seconda del valore del rapporto di trasformazione, i trasformatori sono suddivisi in:

Sul crescente ω 1<ω 2 ; U 1 ;

Sul abbassamento ω 1>ω 2 ; U1>U 2 ; Per>1 ;

Sul transitorio ω 1 =ω 2 ; U1=U 2 ; K=1.

Analisi del funzionamento del trasformatore.


1. Modalità stand-by

In questa modalità, l'avvolgimento secondario è aperto. L'interruttore è inserito posizione 1.La corrente consumata dal circuito primario è minima e si chiama corrente a vuoto. Il campo magnetico attorno all'avvolgimento primario è chiamato campo magnetico a vuoto e questa modalità è innocua per il trasformatore.

2. Funzionamento del trasformatore in modalità di carico

Accendi l'interruttore posizione 2, mentre il trasformatore dalla modalità inattiva passa alla modalità di carico. La corrente scorre attraverso l'avvolgimento secondario io 2, il cui flusso magnetico, secondo la legge di Lenz, è diretto contro il campo magnetico dell'avvolgimento primario Φ . Di conseguenza, il flusso magnetico Φ al primo momento diminuisce, il che provoca una diminuzione di e. ds autoinduzione E 1 nell'avvolgimento primario del trasformatore. Poiché la tensione applicata U 1 (rete, generatore) rimane invariata, l'equilibrio elettrico tra tensione ed e. ds si interrompe l'autoinduzione e si ha un aumento di corrente nell'avvolgimento primario. Un aumento della corrente porta ad un aumento del flusso magnetico, che a sua volta provoca un aumento di e. ds autoinduzione. Questo processo continua fino a quando non viene ripristinato l'equilibrio elettrico tra la tensione applicata ed e. ds autoinduzione. Ma in questo caso, la corrente dell'avvolgimento primario sarà maggiore che al minimo, ovvero il flusso magnetico totale degli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore in modalità di carico è uguale al flusso magnetico dell'avvolgimento primario in modalità inattiva.

Quindi, nella modalità di carico, cioè quando appare una corrente secondaria, la corrente primaria aumenta, si crea una caduta di tensione nell'avvolgimento secondario e la tensione secondaria diminuisce. Con una diminuzione del carico, cioè con una diminuzione della corrente secondaria, l'effetto di smagnetizzazione dell'avvolgimento secondario diminuisce, il flusso magnetico nel nucleo al primo momento aumenta e aumenta di conseguenza. ds autoinduzione E 1 . L'equilibrio elettrico tra U 1 ed E 1 è disturbato, la corrente nell'avvolgimento primario diminuisce, mentre vi è una diminuzione del flusso magnetico ed e. ds autoinduzione. Questo processo continua fino a quando non viene ripristinato l'equilibrio elettrico temporaneamente disturbato tra U 1 ed E 1, ma a una corrente I 1 inferiore.

Quindi, una diminuzione della corrente I 2 porta ad una diminuzione della corrente I 1, la caduta di tensione nell'avvolgimento secondario del trasformatore diminuisce e la tensione secondaria aumenta.

Qualsiasi variazione della corrente secondaria provoca una variazione della corrente primaria, volta a mantenere un flusso magnetico costante nel nucleo del trasformatore.

Ora accendi l'interruttore posizione 4.

La resistenza del circuito secondario sarà praticamente uguale a zero. La corrente del circuito secondario sarà massima, il campo magnetico dell'avvolgimento secondario sarà massimo. Il campo magnetico dell'avvolgimento primario diminuirà e diventerà minimo, quindi anche la resistenza induttiva dell'avvolgimento primario diventerà minima e la corrente assorbita dal circuito primario aumenterà fino al massimo. Questa modalità è chiamata modalità di cortocircuito. Questa modalità è pericolosa per il trasformatore e l'intero circuito. Per proteggere dai cortocircuiti, i fusibili sono installati nel circuito primario o secondario.

Un trasformatore può guadagnare potenza?

La potenza sviluppata nel circuito primario è uguale al prodotto di U 1 * I 1 nel circuito secondario U 2 * I 2. Il trasformatore non fornisce un guadagno di potenza, poiché qualsiasi aumento di tensione con l'aiuto di un trasformatore è accompagnato da una corrispondente diminuzione di corrente, ad es. quante volte il trasformatore aumenterà la tensione tante volte ridurrà la quantità di corrente nel circuito secondario. In un trasformatore step-down, quante volte il trasformatore ridurrà la tensione di quante volte aumenterà la quantità di corrente nel circuito secondario.

Rendimento del trasformatore

Il rendimento è il rapporto tra la potenza secondaria P 2 e quella primaria P 1 (potenza utile rispetto a quella consumata) espressa in %.

Ad esempio, l'efficienza di un trasformatore è del 90%, il che significa che il 90% dell'energia ricevuta dall'avvolgimento primario dalla sorgente di corrente va nell'avvolgimento secondario e il 10% viene perso nel trasformatore alla resistenza attiva del trasformatore. La presenza di perdite porta al fatto che la potenza rilasciata nel carico dell'avvolgimento secondario del trasformatore è sempre inferiore alla potenza consumata dall'avvolgimento primario.

Le perdite di energia in un trasformatore sono costituite da perdite del nucleo e perdite dell'avvolgimento. Le perdite del nucleo includono la perdita per isteresi magnetica e la perdita per correnti parassite. Le perdite negli avvolgimenti sono dovute al normale riscaldamento degli avvolgimenti per corrente.

L'efficienza dei potenti trasformatori fissi è fino al 99%. L'efficienza dei trasformatori a bassa potenza utilizzati nelle apparecchiature di comunicazione è considerata pari all'80%.

1. Avvolgimento

Per la produzione di avvolgimenti di trasformatori vengono utilizzati fili di avvolgimento, sono in rame e hanno isolamento.

Filo PE smaltato

Filo PEL smaltato resistente alla vernice

Filo in PEV smaltato ad alta resistenza

PEL è progettato per temperature fino a 90 0 , brevemente 105 0 ; PEV fino a 105 0, a breve termine fino a 125 0

Gli avvolgimenti sono avvolti su un telaio (plastica, textolite, getinaks, cartone), c'è anche un avvolgimento senza telaio. L'estremità del filo di avvolgimento deve essere fissa. Gli avvolgimenti sono avvolti in file da girare a girare. Dopo ogni fila, viene posato l'isolamento (una striscia di condensatore o carta per cavi) in modo che non si verifichino guasti. Anche l'altra estremità dell'avvolgimento deve essere fissata. Dopo aver avvolto il primo avvolgimento, viene posato un migliore isolamento, ad esempio una striscia di tessuto verniciato, quindi viene avvolto l'avvolgimento successivo. Gli avvolgimenti sono avvolti uno sopra l'altro, spesso nella fabbricazione dei trasformatori gli avvolgimenti primario e secondario sono divisi in sezioni, in questo caso il campo magnetico dell'avvolgimento primario copre meglio l'avvolgimento secondario.

2. Nuclei

I nuclei sono: asta, armatura e toroidale.

Per la produzione di anime viene spesso utilizzato acciaio per trasformatori di vari gradi. Il nucleo è costituito da sottili lastre di acciaio isolate l'una dall'altra. Come isolante, viene spesso utilizzato l'ossido (scaglia), che si forma sulla superficie delle lastre quando vengono riscaldate durante alta temperatura. Se il nucleo non è costituito da piastre separate isolate l'una dall'altra, ma da due pezzi piegati, il nucleo verrà riscaldato dalle correnti parassite. Le correnti parassite delle singole piastre sono piccole e, in generale, il nucleo si riscalda in modo insignificante. Il nucleo del trasformatore deve essere ben compresso in modo che non ronzi. Il modo migliore per comprimere è comprimere con borchie con dadi. Spesso la compressione viene applicata con una graffetta che circonda il nucleo.

I nuclei in acciaio del trasformatore sono scarsamente magnetizzati in campi magnetici deboli. Pertanto, in basso frequenze audio Vengono utilizzati nuclei di permalloy. Il permalloy è una lega di nichel, molibdeno, cromo, manganese, rame, silicio e ferro.

I nuclei di ferrite sono utilizzati nei circuiti di corrente ad alta frequenza. La ferrite è un magnetodielettrico, cioè un dielettrico con proprietà magnetiche. È costituito da ossidi metallici in polvere miscelati con resina o polistirolo.


Consiste di due avvolgimenti separati, chiamati avvolgimenti primari e secondari. Una tensione di ingresso CA viene applicata all'avvolgimento primario e crea un campo magnetico variabile. Questo campo magnetico interagisce con l'avvolgimento secondario, inducendo in esso una tensione di corrente alternata (più precisamente, EMF). La tensione indotta nell'avvolgimento secondario ha la stessa frequenza della tensione di ingresso, ma la sua ampiezza è determinata dal rapporto tra il numero di spire degli avvolgimenti secondario e primario.

Se la tensione di ingresso ai capi dell'avvolgimento primario = V1
tensione di uscita ai morsetti secondari = V2
numero di spire primarie = T1
numero di spire secondarie = T2

poi

Inoltre, I1/I2 = T1/T2, dove I1 e I2 sono rispettivamente le correnti primarie e secondarie.

Coefficiente di prestazione (COP) del trasformatore

I rapporti di cui sopra presumono che il trasformatore sia efficiente al 100%, cioè non vi è alcuna perdita di potenza. Di conseguenza,
Potenza in ingresso I1 V1 = Potenza in uscita I2 V2.
In pratica, i trasformatori hanno un'efficienza di circa il 96-99%. Per aumentare l'efficienza del trasformatore, i suoi avvolgimenti primari e secondari sono avvolti sullo stesso nucleo magnetico (Fig. 7.10).

trasformatori step-up e step-down

Il trasformatore elevatore produce in uscita (nell'avvolgimento secondario) più di alta tensione di quella applicata in ingresso (all'avvolgimento primario). Per questo, il numero di spire dell'avvolgimento secondario è maggiore del numero di spire dell'avvolgimento primario.
Un trasformatore step-down produce meno tensione in uscita che in ingresso, poiché il suo avvolgimento secondario ha meno spire del primario.

Il trasformatore mostrato in fig. 7.11, ha una resistenza di carico r2 nel circuito dell'avvolgimento secondario. La resistenza r2 può essere ricalcolata o, come si suol dire, portata all'avvolgimento primario, cioè alla resistenza del trasformatore r1 dal lato dell'avvolgimento primario. Il rapporto r1/r2 è chiamato coefficiente di resistenza aerodinamica. Questo rapporto può essere calcolato come segue. Poiché r1 = V1 / I1 e r2 = V2 / I2, allora

Riso. 7.10. Trasformatore.



Riso. 7.11. Fattore di riduzione
resistenza

r1/ r2 = T12/ T22 = n2.



Riso. 7.12. Autotrasformatore.



Riso. 7.13. Autotrasformatore con prese multiple.

Ma V1 / V2 = T1 / T2 = n e I2 / I1 = T1 / T2 = n, quindi

r1 / r2 = n2

Ad esempio, se la resistenza di carico r2 \u003d 100 Ohm e il rapporto tra il numero di spire degli avvolgimenti (rapporto di trasformazione) T1 / T2 \u003d n \u003d 2: 1, quindi dal lato dell'avvolgimento primario il trasformatore può essere considerato come un resistore con una resistenza di r1 \u003d 100 Ohm 22 \u003d 100 4 \u003d 400 Ohm.

Un trasformatore può avere un singolo avvolgimento con una presa da una parte delle spire di questo avvolgimento, come mostrato in Fig. 7.12. dove T1 è il numero di spire dell'avvolgimento primario e T2 è il numero di spire dell'avvolgimento secondario. Tensioni, correnti, resistenze e rapporti di trasformazione sono determinati dalle stesse formule che si applicano a un trasformatore convenzionale.
Sulla fig. 7.13 mostra un altro trasformatore con un solo avvolgimento, in cui da questo avvolgimento vengono ricavate diverse prese. Tutti i rapporti per tensioni, correnti e resistenze sono ancora determinati dal rapporto di trasformazione (V1/Va = T1/Ta, V1/Vb = T1/Tb, ecc.).

Sulla fig. 7.14 mostra un trasformatore con una presa dal centro del suo avvolgimento secondario. Le tensioni di uscita Va e Vb sono prese dalle metà superiore e inferiore dell'avvolgimento secondario.Il rapporto tra la tensione di ingresso (sull'avvolgimento primario) e ciascuna di queste tensioni di uscita è determinato dal rapporto tra il numero di spire e

V1/Va = T1/Ta V1/Vb = T1/Tb

dove T1, Ta e Tb sono rispettivamente il numero di spire degli avvolgimenti primario, secondario a e secondario b. Poiché la presa è realizzata dal centro dell'avvolgimento secondario, le tensioni Va e Vb sono uguali in ampiezza. Se il punto medio è collegato a terra, come nel circuito di fig. 7.14, allora le tensioni di uscita prelevate dalle due metà del secondario sono in controfase.

Esempio

Passiamo alla Fig. 7.15. (a) Calcolare la tensione tra i terminali B e C del trasformatore, (b) Se ci sono 30 spire tra i terminali A e B, quante spire ha l'avvolgimento secondario del trasformatore?
Soluzione
a) VBC = VAD - VAB - VCD = 36V - 6V - 12V = 18V.
Numero di giri tra A e B
b) VAB / VAD == ---------------
Numero di giri tra A e D

Quindi 6V/36V = 30/TAD, quindi TAD = 30 36/6 = 180 giri.



Riso. 7.14. Trasformatore con un tocco dal punto medio dell'avvolgimento secondario.



Riso. 7.15. VAD = 36V, VAB = bV,
VCD=12V.

Circuito magnetico

È consuetudine dire che in un circuito magnetico, un flusso magnetico (o campo magnetico), misurato in Tesla, è creato da una forza chiamata forza magnetomotrice (MMF). Un circuito magnetico viene solitamente confrontato con un circuito elettrico, dove il flusso magnetico viene confrontato con la corrente e la forza magnetomotrice con la forza elettromotrice. Proprio come dicono della resistenza R circuito elettrico, possiamo parlare della resistenza magnetica S del valore magnetico; questi termini hanno lo stesso significato. Ad esempio, un materiale magnetico morbido come la ghisa malleabile ha una bassa resistenza magnetica, cioè una bassa resistenza al flusso magnetico.

Permeabilità magnetica

La permeabilità magnetica di un materiale è una misura della facilità con cui può essere magnetizzato. Ad esempio, ferro malleabile e altri materiali elettromagnetici come ferriti hanno un'elevata permeabilità magnetica. Questi materiali sono utilizzati in trasformatori, induttori, relè e antenne in ferrite. Al contrario, i materiali non magnetici hanno una permeabilità magnetica molto bassa. Le leghe magnetiche come l'acciaio al silicio hanno la capacità di rimanere magnetizzate in assenza di campo magnetico e sono quindi utilizzate come magneti permanenti negli altoparlanti (teste dinamiche), contatori magnetoelettrici a bobina mobile, ecc.

Schermatura

Si consideri un cilindro cavo posto in un campo magnetico (Fig. 7.16). Se questo cilindro è fatto di un materiale a bassa resistenza magnetica (materiale magnetico morbido), allora il campo magnetico si concentrerà nelle pareti del cilindro, come mostrato in figura, senza cadere nella sua regione interna.



Riso. 7.16. Schermatura magnetica.



Riso. 7.17. Schermatura elettrostatica in un trasformatore.

Pertanto, se qualsiasi oggetto viene posizionato in quest'area, sarà protetto (schermato) dall'influenza del campo magnetico nello spazio circostante. Questa schermatura, chiamata schermatura magnetica, viene utilizzata per proteggere tubi catodici, contatori magnetoelettrici a bobina mobile, altoparlanti dinamici, ecc. da campi magnetici esterni.
I trasformatori a volte usano un altro tipo di schermatura chiamata schermatura elettrostatica o elettrica. Tra gli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore è posto uno schermo di sottile lamina di rame, come mostrato in Fig. 7.17. Quando tale schermo è messo a terra, l'effetto della capacità tra gli avvolgimenti, che si verifica a causa della differenza di potenziale tra questi avvolgimenti, è notevolmente ridotto. La schermatura elettrostatica viene utilizzata anche nei cavi coassiali e ovunque i conduttori abbiano potenziali diversi e siano molto vicini tra loro.

Questo video parla di cos'è un trasformatore:

trasformatore chiamato un dispositivo elettromagnetico statico che ha due (o più) avvolgimenti accoppiati induttivamente ed è progettato per convertire un sistema di corrente alternata (primario) in un altro sistema di corrente alternata (secondario) attraverso il fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Nel caso generale, il sistema CA secondario può differire da quello primario in qualsiasi parametro: valori di tensione e corrente, numero di fasi, forma d'onda della tensione (corrente), frequenza. La maggiore applicazione negli impianti elettrici, così come nei sistemi di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica, sono i trasformatori di potenza di uso generale, attraverso i quali vengono modificati i valori di tensione e corrente alternata. In questo caso, il numero di fasi, la forma della curva di tensione (corrente) e la frequenza rimangono invariati.

Considerando gli argomenti di questa conferenza, terremo in considerazione i trasformatori di potenza per uso generale.

Considera il principio di funzionamento del trasformatore monofase più semplice. Il trasformatore di potenza monofase più semplice è costituito da un circuito magnetico (nucleo) in materiale ferromagnetico (solitamente lamiera di acciaio elettrico) e due avvolgimenti posti sui nuclei del circuito magnetico.

Perché il nucleo magnetico di un trasformatore è in materiale ferromagnetico?

Uno degli avvolgimenti, che si chiama primario, collegato a una sorgente di corrente alternata per la tensione U 1 . A un altro avvolgimento chiamato secondario consumatore connesso Zн. Gli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore non hanno un collegamento elettrico tra loro e la potenza da un avvolgimento all'altro viene trasmessa elettromagneticamente.

Qual è lo scopo di un nucleo trasformatore?

Il circuito magnetico su cui sono posizionati questi avvolgimenti serve a migliorare l'accoppiamento induttivo tra gli avvolgimenti.

L'azione del trasformatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica (Fig. 2).

Riso. 2. Circuito elettromagnetico del trasformatore

Quando si collega l'avvolgimento primario del trasformatore a una rete a corrente alternata con tensione U 1 la corrente alternata fluirà attraverso l'avvolgimento io 1 , che creerà un flusso magnetico variabile nel circuito magnetico F . Il flusso magnetico, penetrando nelle spire dell'avvolgimento secondario, vi induce e 2 , che può essere utilizzato per alimentare il carico. Chiudendosi nel circuito magnetico, questo flusso si accoppia con entrambi gli avvolgimenti (primario e secondario) e induce un EMF in essi:

Nel campo elettromagnetico primario dell'autoinduzione:

Nell'EMF secondario di mutua induzione:

Quando si collega il carico Zn ai terminali dell'avvolgimento secondario del trasformatore sotto l'azione di EMF e 2 viene creata una corrente nel circuito di questo avvolgimento io 2 , e la tensione U 2 è impostata ai capi dell'avvolgimento secondario.

Un trasformatore può funzionare a corrente continua?

Un trasformatore è un dispositivo a corrente alternata. Se il suo avvolgimento primario è collegato a una sorgente di corrente continua, il flusso magnetico nel circuito magnetico del trasformatore sarà costante sia in grandezza che in direzione (dФ / dt \u003d 0), pertanto l'EMF dell'induzione elettromagnetica non sarà indotta negli avvolgimenti del trasformatore e, pertanto, l'elettricità dal circuito primario non verrà trasferita al secondario.

Come viene risolto il problema di modificare la tensione, ad esempio aumentandola, sull'avvolgimento secondario del trasformatore?

Il problema di aumentare la tensione è risolto come segue. Qualsiasi giro dell'avvolgimento del trasformatore ha la stessa tensione, se il numero di giri sull'avvolgimento secondario è aumentato rispetto all'avvolgimento primario, quindi le spire sono collegate in serie, verrà sommata la tensione ricevuta su ognuna delle spire. Pertanto, aumentando o diminuendo il numero di spire, è possibile aumentare o diminuire la tensione all'uscita del trasformatore.

Poiché gli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore sono attraversati dallo stesso flusso magnetico F , espressioni valori effettivi EMF può essere scritto come

dove f - Frequenza CA; w 1 e w 2 - il numero di spire degli avvolgimenti primari e secondari.

Dividendo un'uguaglianza per un'altra, otteniamo un parametro importante del trasformatore: il rapporto di trasformazione:

dove K - coefficiente di trasformazione.

Se il circuito dell'avvolgimento secondario del trasformatore è aperto (inattivo), la tensione ai terminali dell'avvolgimento è uguale alla sua EMF: U 2 = E 2 , e la tensione di alimentazione è quasi completamente bilanciata dalla FEM dell'avvolgimento primario U 1 E 1 . Pertanto, si può scrivere così

Data l'elevata efficienza del trasformatore, si può presumere che S 1 S 2 , dove S 1 = U 1 io 1 - potenza consumata dalla rete; S 2 = U 2 io 2 - potenza erogata al carico.

In questo modo, U 1 io 1 U 2 io 2 , dove

Il rapporto tra le correnti degli avvolgimenti secondario e primario è approssimativamente uguale al rapporto di trasformazione, quindi la corrente io 2 quante volte aumenta (diminuisce), quante volte diminuisce (aumenta) U 2 .

nei trasformatori elevati U 2 > U 1 , in diminuzione U 2 < U 1 . I trasformatori hanno la proprietà di reversibilità, lo stesso trasformatore può essere utilizzato come step-up e step-down. Ma di solito un trasformatore ha uno scopo specifico: o è step-up o step-down. L'avvolgimento di un trasformatore collegato a una rete con una tensione maggiore è chiamato avvolgimento di alta tensione (AT); un avvolgimento collegato a una rete a bassa tensione - un avvolgimento a bassa tensione (LV).

Perché l'alta tensione viene utilizzata nella trasmissione di potenza?

La risposta è semplice: ridurre le perdite di riscaldamento dei cavi durante la trasmissione su lunghe distanze. Le perdite dipendono dalla quantità di corrente che scorre e dal diametro del conduttore e non dalla tensione applicata.

Supponiamo che da una centrale elettrica a una città situata a una distanza di 100 km da essa sia necessario trasmettere elettricità di 30 MW lungo una linea. A causa del fatto che i fili della linea hanno resistenza elettrica, la corrente li riscalda. Questo calore viene dissipato e non può essere utilizzato. L'energia spesa per il riscaldamento è una perdita.

È impossibile ridurre le perdite a zero. Ma devono essere limitati. Pertanto, le perdite ammissibili sono normalizzate, ovvero nel calcolare le sezioni dei conduttori di linea e sceglierne la tensione, si assume che le perdite non superino, ad esempio, il 10% della potenza utile trasmessa sulla linea.

Nel nostro esempio, questo è 0,1x30 MW = 3 MW.

Se la trasformazione non viene applicata, ovvero l'elettricità viene trasmessa a una tensione di 220 V, quindi per ridurre le perdite a un determinato valore, la sezione trasversale dei fili dovrebbe essere aumentata a circa 10 m 2. Il diametro di un tale "filo" supera i 3 me la massa nella campata è di centinaia di tonnellate.

Applicando la trasformazione, ovvero aumentando la tensione nella linea e quindi riducendola vicino alla posizione dei consumatori, usano un altro modo per ridurre le perdite: riducono la corrente nella linea.

Qual è la relazione tra potenza attiva e corrente?

Le perdite nella trasmissione dell'elettricità sono proporzionali al quadrato della forza attuale.

Infatti, quando la tensione viene raddoppiata, la corrente si dimezza e le perdite si riducono di 4 volte. Se la tensione viene aumentata di 100 volte, le perdite diminuiranno di 100 2, ovvero di 10.000 volte.

Illustriamo questa espressione con il seguente esempio. La figura mostra il diagramma del trasferimento di energia (Fig. 3). Un generatore con una tensione terminale di 6,3 kV è collegato all'avvolgimento primario di un trasformatore elevatore. La tensione ai capi dell'avvolgimento secondario è di 110 kV.


Riso. 3. Schema di trasmissione di potenza:

1 - generatore; 2 - trasformatore elevatore; 3 - linea elettrica;

4 - trasformatore step-down; 5 - consumatore

A questa tensione, l'energia viene trasferita lungo la linea di trasmissione. Lascia che la potenza trasmessa sia 10.000 kW, non c'è sfasamento tra corrente e tensione.

Poiché le potenze in entrambi gli avvolgimenti sono le stesse, la corrente nell'avvolgimento primario è uguale a I \u003d P / U \u003d 10000 / 6,3 \u003d 1590 A e nell'avvolgimento secondario 10000/110 \u003d 91 A. Il la corrente nei fili della linea avrà lo stesso valore di trasmissione.

Il principio di funzionamento di un trasformatore può essere dimostrato dal seguente film educativo: "Il principio di funzionamento di un trasformatore step-down", "Riscaldamento dell'acqua mediante un trasformatore".

Consolidiamo il materiale trattato rispondendo alle seguenti domande.

Il principio di funzionamento del trasformatore si basa su ...

    Legge di Ampère

    Le leggi di Ohm

    Le leggi di Kirchhoff

    legge dell'induzione elettromagnetica

Se il numero di spire dell'avvolgimento primario del trasformatore è w1=100 e il numero di spire dell'avvolgimento secondario è w2=20, determinare il rapporto di trasformazione.

      Dati insufficienti per rispondere.

Il valore effettivo dell'EMF indotto negli avvolgimenti del trasformatore è determinato dalle formule

Conclusione sulla prima domanda: Il principio di funzionamento del trasformatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica, pertanto il trasformatore è un dispositivo a corrente alternata. La conversione di tensione nel trasformatore viene effettuata modificando il numero di spire nell'avvolgimento secondario. Lo scopo principale del trasformatore è convertire l'elettricità di una tensione in elettricità di un'altra tensione al fine di ridurre gli investimenti di capitale nella costruzione e nel funzionamento delle linee elettriche.