Transformatoare de mică putere

1. NOTIUNI INTRODUCTIVE

Transformatorul electric este un aparat electromagnetic constituit din doua sau mai multe înfasurari imobile , între care are loc un transfer de energie electrica , si care modifica parametrii puterii electromagnetice transferate de la o retea primara de curent alternativ , la o retea secundara tot de curent alternativ Transformatorul are rolul de a transforma parametrii energiei electrice de curent alternativ (tensiunea , intensitatea curentului si uneori numarul de faze ) dupa necesitati Modificarea parametrilor puterii(energiei)de curent alternativ este impusa de necesitatile de utilizare a acesteia de catre diversi consumatori Alimentarea consumatorilor de joasa tensiune de la retelele de înalta tensiune impune folosirea transformatoarelor Elementele constructive de baza ale unui transformator sunt miezul magnetic si înfasurarile dispuse pe acest miez Transformatorul monofazat contine o înfasurare care primeste putere (energie) de la retea , numita înfasurare primara si o infsurare secundara , care transmite putera (energia)unui circuit exterior.Ambele înfasursri sunt dispuse pe un miez magnetic comun

2.SCEMA DE PRINCIPIU A TRANSFORMATORULUI

1-înfasurareprimara

2-înfasuraresecundara

3-miezmagnetic

4-linieacîmpuluimagneticcareformeazafluxulutil

5 - linie a cîmpului magnetic care formeaza fluxul de scapari al înfasurarii primare

6 - linie a cîmpului magnetic care formeaza fluxul de dispersie al înfasurarii secundare

Transformatorul electric este un ansamblu de două sau mai multe bobine cuplate inductiv foarte strâns (coeficient de cuplaj k ≈1), între care se poate realiza, în curent alternativ, un transfer de putere cu randament apropiat de unitate. Bobina la bornele căreia se aplică sursa de alimentare se numeşte înfăşurare primară, iar celelalte la care se conectează diferiţi consumatori se numesc înfăşurări secundare. Pentru obţinerea cuplajului magnetic foarte strâns înfăşurările transformatorului sânt bobinate, de obicei, pe un miez magnetic, care are rolul de a concentra liniile de câmp datorită unei mari permeabilităţi magnetice.

Miezul magnetic poate fi deschis, când circuitul magnetic se închide prin aer, figura 1a sau închis, când circuitul magnetic se închide aproape în totalitate.

al bobinei se dispersează în întreg spaţiul înconjurător, iar în al doilea caz el este concentrat, aproape în totalitate, în interiorul miezului magnetic. Această proprietate a materialelor magnetice este cu atât mai pronunţată cu cât permeabilitatea magnetică relativă μr este mai mare.

Cuplajul magnetic strâns, în cazul a două sau mai multe bobine, se poate obţine constructiv, fie prin bobinarea înfăşurărilor pe un acelaşi miez mag¬netic închis (fig. 1b, 1c), fie prin bobinarea simultană a lor, într-un singur strat, pe o aceeaşi carcasă, cu sau fără miez magnetic, astfel încât bobinele să se suprapună aproape perfect (fig.2).

Prima modalitate este aplicabilă pentru realizarea transformatoarelor destinate oricărui domeniu de frecvenţă deşi la frecvenţe mari apar unele limitări datorită scăderii permeabilităţii magnetice μr, precum şi creşterii pierderilor de putere în miezul magnetic.

A doua modalitate este aplicabilă, practic, numai la frecvenţe foarte mari (peste 1 MHz) unde, datorită numărului mic de spire necesar, bobina primară şi bobinele secundare pot fi bobinate simultan pe un singur strat, fără a obţine un gabarit exagerat de mare. De obicei acest tip de transfor¬matoare, pentru frecvenţe foarte înalte, au un singur secundar şi în acest caz se numesc transformatoare bifilare (fig. 2). Ele pot fi cilindrice sau toroidale.

Transformatorul bifilar cilindric (fig. 2a şi 2b) are avantajul că se bobinează simplu, dar are dezavantajul că fluxul său magnetic se dispersează în tot spaţiul ânconjurător şi poate provoca perturbaţii mari în circuitele vecine. Pentru a evita această situaţie se recurge la ecranarea magnetică a transformatorului, ecranare care la frecvenţe mari se realizează uşor prin închiderea transformatorului într-o carcasă din tablă de cupru, aluminiu sau fier.

Transformatorul bifilar toroidal (fig. 2c) are dezavantajul că se bobinează mai greu, dar are avantajul esenţial că nu produce flux magnetic în exteriorul său. Cu toate acestea şi el se ecranează magnetic pentru a fi ferit de influenţa unor câmpuri magnetice străine.

Se consideră bobina cu miez magnetic închis din figura 1b sau 1c. Fluxul magnetic ф creat de această bobină poate fi descompus în două componente: o componentă фm care se închide prin miez şi o componentă фS care se închide prin aer şi pe care o vom denumi flux de scăpări sau de dispersie.

Fluxul de scăpări este cu atât mai redus cu cât permeabilitatea magnetică relativă a miezului, μr, este mai mare. Pentru μr → ∞ fluxul фs va tinde la zero. Raportul dintre фS şi ф se numeşte coeficient de scăpări al bobinei L faţă de miez şi se notează cu σm:

În mod uzual bobinele cu miez magnetic închis au un coeficient de scăpări faţă de miez de cca. 1—5%.

Coeficientul de scăpări este o constantă adimensională ce depinde numai de geometria bobinei şi de geometria şi permeabilitatea magnetică a miezului. Astfel miezul din figura 1c, unde bobina se realizează pe coloana centrală, determină un coeficient de scăpări mai mic decât miezul din figura 1b datorită existenţei celor două coloane laterale, care constituie o cale de sunt pentru câmpul magnetic. Acest tip de miez (fig. 1c) se numeşte miez în manta.