Blocul transformator

Blocul transformator

1.1 Principiul de finctionare al Transformatorului

Transformatorul este un aparat electrotehnic static, bazat pe fenomenul inductiei electromagnetice, construit pentru a primi putere electrica, in curent alternativ, sub o tensiune U₁ si o intensitate I₁ aplicata unui circuit primar si a o reda, cu aceeasi frecventa, sub o tensiune U₂ si o intensitate I₂ la bornele unui circuit secundar, ca in figura 1.1.

Fig. 1.1 Transformatorul

Transformatorul permite, deci, transformarea unei tensiuni in alta tensiune, transformare necesara pentru transportul (transferul) si distributia cu pierderi minime de energie electrica in curent alternativ.

1.2 Constructia si functionarea transformatorului monofazat

Transformatorul monofazat se compune dintr-un miez (cadru) din fier ce realizeaza un circuit magnetic inchis, format din tole cu grosimea de 0,3, ., 0,5 mm, izolate intre ele cu lac sau cu hartie pentru a impiedica formarea curentilor Foucault de mare intensitate. Materialul utilizat pentru realizarea tolelor este un aliaj de fier cu 1,5, ., 4% Si, numit ferosiliciu, in care pierderile de energie sunt minime, atunci cand, la inversarea magnetizarii, energia electrica se transforma in caldura (fenomenul de histerezis). Pe miez se bobineaza doua infasurari (bobine) din sarma de cupru. Miezul magnetic realizeaza un cuplaj magnetic strans intre aceste infasurari prin concentrarea liniilor campului de inductie magnetica si mareste fluxul de inductie mag-

netica (pentru fier _r >> 1) prin spirele celor doua circuite. Circuitul caruia i se aplica tensiunea generatorului de alimentare se numeste primar. Al doilea circuit se numeste secundar. Acesta este generatorul de tensiune pe linia de intrebuintare.

Presupunem ca ambele circuite ale transformatorului au spirele infa- surate in acelasi sens si ca fiecare are N₁ respectiv N₂ spire. Transformatorul se considera ca functioneaza in gol (i₂ =0, adica circuitul secundar este fara consumator). Daca se aplica transformatorului tensiunea alternativa u₁ de valoare efectiva U₁ in primar apare curentul de intensitate i₁ si valoare efectiva I₁. Acesta da nastere fluxului magnetic alternativ, avand valoarea instantanee Φ = Φ_mcos ωt. Acest flux variabil care strabate spirele ambelor infasurari face sa apara in cele N₁ spire ale primarului o t.e.m. de autoinductie:

iar in secundar, t.e.m. este:

Facem raportul celor doua relatii:

Conform legii lui Ohm, in circuitul primar suma dintre tensiunea de alimentare u₁ si t.e.m. de autoinductie e₁ trebuie sa fie egala cu caderea de tensiune din primar: u₁₊e₁=R₁i₁ unde R₁ este rezistenta primarului.

De obicei, valoarea lui R₁ este mica si produsul R₁i₁ se poate neglija, astfel incat: .Semnul '' − '' arata ca t.e.m. de autoinductie este in opozitie de faza cu tensiunea retelei de alimentare a transformatorului, u₁.

La functionarea in gol a transformatorului, t.e.m. e₂ este egala cu tensiunea u₂ de la bornele secundarului: e₁=u₂ .

Rezulta deci ca :

T.e.m. e₁ si e₂ sunt in faza, iar tensiunile u₁ si u₂ sunt in opozitie de faza (semnul '' - '' din fata raportului u₁ / u₂ indica aceasta defazare, de radiani).

In valoare absoluta, rezulta o relatie si intre valorile efective ale marimilor alternative:

Raportul tensiunilor la bornele infasurarilor, la mersul in gol al transfor-matorului, notat cu k, se numeste raportul de transformare al transformatorului.

Daca k < 1, u₂ > u₁, transformatorul poarta denumirea de transformator ridicator de tensiune, iar daca k > 1, u₂ < u₁, se numeste transformator coborator de tensiune. Cand k = 1, u₂ = u₁, transformatorul serveste la separarea electrica a circuitelor, ele ramanand cuplate prin camp magnetic, adica cuplate inductiv. Transformatoarele cu raport de transformare apropiat de unitate sunt folosite in unele montaje din electronica.

Daca la bornele transformatorului se conecteaza un consumator rezistiv de rezistenta R_S, prin circuitul secundar va aparea curentul de intensitate i₂. In acest caz, u₂ ≈ e₂ deoarece apare caderea de tensiune pe sarcina R_S i₂. In conditii normale (nominale) de functionare, diferenta e2 - u2 este mica, deoarece si pierderile Joule in secundarul transformatorului sunt mici. Se poate deci considera ca practic, puterea P1 din primar si cea din secundar P2 sunt egale: P1 = P2 sau U1I1 = U2I2 , de unde:

Pentru transformatoarele de inalta frecventa din aparatura electronica se folosesc miezuri din ferita (amestec sinterizat din oxizi de fier si alti oxizi) care au permitivitate relativa mare si conductivitate redusa.

Randamentul transformatorului se defineste ca fiind raportul dintre puterea activa P₂ furnizata de secundar si puterea activa P₁ primita de catre primar de la reteaua de alimentare.

Diferenta P₂ - P₁ reprezinta puterea pierduta de transformator, care se compune din pierderile prin efect Joule in infasurarile transformatorului numite pierderi in cupru P_Cu = R₁I₁² + R₂I₂² si pierderile prin histerezis si curenti turbionari, numite pierderi in fier, P_Fe. Deci, expresia randamentului este:

Randamentul atinge un maxim cand P_Cu = P_Fe. Cum transformatorul nu are piese in miscare, ele nu au pierderi de energie prin frecari si functioneaza cu randamente mai mari decat ale masinilor electrice rotative, atingand chiar valori de 99% la transformatoarele de putere mare. In fig. 3.2 se prezinta bilantul puterilor active intr-un transformator lucrand in sarcina.

Fig. 1.2 Bilantul puterilor active intr-un transformator lucrand in sarcina

Transformatorul folosit in realizarea montajului este un transformator coborator de tensiune de la 230 V - tensiunea de alimentarea a circuitului primar , la 12 V - tensiunea de iesire din circuitul secundar al transforma-torului , un curent de 400 mA si o frecventa de 50 Hz , ideal pentru a furniza tensiunea necesara blocului redresor si celui stabilizator si pentru funtionarea montajului in conditii optime.