Transformatorul Electric

2. TRANSFORMATORUL ELECTRIC

2.1. GENERALITĂŢI

de curenţi variabili având intensităţi sau tensiuni în general diferite, dar de aceeaşi frecvenţă. Această construcţie efectuează un transfer de putere electrică, de la o sursă de curent alternativ, cu anumiţi parametri, spre un receptor pentru care parametrii puterii sunt de obicei diferiţi. Ideal, puterea electrică furnizată de sursă trebuie să fie egală cu puterea absorbită de receptor. Se mai poate spune că un transformator este înglobat într-un sistem de transport de energie electrică pentru adaptarea tensiunii generatorului (sursei) la tensiunea receptorului.

Într-un sistem energetic se efectuează cel puţin două transformări ale parametrilor unei puteri: la generator se realizează o creştere a tensiunii de la 25 [kV], de exemplu, la 220 [kV]; linia de transport transferă puterea spre consumatori, la curenţi mici, cu pierderi Joule pe linie reduse; iar la receptor se realizează o scădere a tensiunii, până la 220 [V] (dacă se are în vedere tensiunea utilajelor casnice, de exemplu).

Având în vedere valorile tensiunilor şi sensul de circulaţie a puterii se pot distinge transformatoare ridicătoare de tensiune (în general cele de la generator) şi transformatoare coborâtoare de tensiune (cele de la receptor).

În formă elementară, un transformator cuprinde două înfăşurări realizate în jurul unui miez din material magnetic, sub forma unui circuit magnetic închis; una din înfăşurări este numită primară, cea care preia puterea activă de la sursă, iar cealaltă este secundară, cea care furnizează puterea activă receptorului.

Pentru transformarea puterii în circuitele de curent alternativ se folosesc, în funcţie de numărul de faze, transformatoare monofazate sau polifazate, în ultima categorie, cele mai frecvente sunt transformatoarele trifazate.

Simbolurile cele mai folosite pentru transformatoare sunt prezentate în figura 2.1, acestea referindu-se la construcţiile normale.

În figura 2.1 a), b), c) şi d) se prezintă simbolurile pentru transformatoare monofazate, iar în figura 2.1 e), f) şi g) sunt date simbolurile pentru transformatoare trifazate; în figura 2.1 e) se scoate in evidenţă şi modul de conectare a înfăşurărilor, una este conectată în stea iar cealaltă în triunghi.

În general, cele două înfăşurări se pot numi, una - înfăşurare de înaltă tensiune (I.T.) iar cealaltă - de joasă tensiune (J.T.), de obicei prima este constituită din mai multe spire decât a doua.

Deoarece transformatoarele sunt utilizate atât în instalaţiile pentru adaptarea tensiunilor consumatorilor de putere redusă cât şi pentru transferul puterii în reţele energetice, gama de puteri la care se construiesc este deosebit de largă, de la fracţiuni de [VA] până la sute de [MVA]; faptul acesta conducând şi la multitudinea de variante de construcţie existente în practică.

La baza funcţionării transformatorului stă legea inducţiei electromagnetice (a tensiunii induse) conform căreia un curent electric variabil creează un flux variabil care induce în înfăşurările, a căror suprafaţă o traversează, o tensiune de asemenea, variabilă. Fluxul variabil este produs de curentul înfăşurării primare iar tensiunea indusă este obţinută în înfăşurări, de la bornele înfăşurării secundare putându-se alimenta un receptor. În condiţii normale de funcţionare se consideră tensiunea aplicată înfăşurării primare de amplitudine (valoare efectivă) constantă iar frecvenţa tensiunii primare (sau curentului), de asemenea, constantă, f1. Frecvenţa tensiunii obţinute în înfăşurarea secundară este, evident, f1.

2.2. TRANSFORMATORUL MONOFAZAT

2.2.1. Transformatorul ideal

Se obţine un transformator ideal (T.I.) dacă circuitele electrice şi circuitul magnetic satisfac următoarele condiţii: a) permeabilitatea magnetică a miezului infinită µfe = ∞, b) pierderile în fier nule (prin histerezis şi curenţi turbionari), c) rezistenţele înfăşurărilor nule (R1=R2=0). Prima condiţie, a) presupune că, din punct de vedere magnetic, circuitul miezului adună toate liniile de câmp prin interiorul său, de reluctanţă magnetică nulă; fluxul magnetic φ este comun ambelor circuite electrice pe care le intersectează, acest flux fiind întreţinut de o solenaţie nulă (figura 2.2).

2.2.1.1 Funcţionarea în regim de mers în gol a T.I.

Întrucât se ţine seama de condiţia c), deoarece i1 =0 şi i2 =0, situaţie ce caracterizează funcţionarea în gol a transformatorului, ceea ce se distinge prin folosirea indicelui 0, se pot scrie ecuaţiile celor două circuite, conform relaţiei (1.45), anume: