La tensione corrente di 220 volt nella rete elettrica nella forma in cui entra nell'appartamento non è adatta per il funzionamento della maggior parte dei dispositivi elettronici. Per convertirlo in un tipo conveniente per l'alimentazione di elettrodomestici, sono necessari speciali convertitori chiamati trasformatori. Con il loro aiuto, è possibile abbassare il valore della tensione di alimentazione al valore desiderato, quindi raddrizzarlo.
Panoramica del trasformatore
Come convertitori, questi dispositivi vengono tradizionalmente utilizzati per fornire una forma accettabile di energia inviata su linee ad alta tensione. Per il "trasferimento" a grandi distanze, sono adatte solo tensioni ultra elevate a cui la corrente può avere un valore accettabile.
Se si tenta di trasferire energia per almeno cento chilometri sotto forma della normale tensione di 380 volt, sarà richiesta una corrente di milioni di ampere per fornire la potenza richiesta al consumatore.
Per la sua dissipazione, è necessario un filo sullo spessore di un corpo umano, che in pratica è impossibile da implementare. Pertanto, sul lato del lato generatore di elettricità con l'aiuto di un altro trasformatore (step-up), il suo valore sale a 110 kV. In questa forma, è impossibile utilizzare la distribuzione di elettricità in edifici residenziali e impianti di produzione. Pertanto, dopo la consegna tramite esplosivi nelle stazioni di distribuzione, 110 kV vengono ridotti a 10 (6) kV.
Da qui vanno alle sottostazioni del trasformatore distrettuale, dove nel trasformatore step-down locale ottengono la loro forma finale 380 (220) Volt. Con tali valori potenziali, l'energia può essere facilmente trasportata attraverso un cavo sotterraneo o un filo aereo SIP al consumatore finale. Pertanto, un trasformatore monofase svolge un ruolo importante nella vita umana.
Scopo e dispositivo
Qualsiasi trasformatore monofase da 220 Volt è un dispositivo elettrico che funziona solo nei circuiti CA. Con il suo aiuto, la tensione di ingresso viene convertita nel valore desiderato (molto spesso diminuisce). In questo caso, la corrente assorbita dall'avvolgimento secondario aumenta, poiché la potenza viene trasmessa quasi senza perdita. Ne consegue che lo scopo principale di questo dispositivo è quello di ottenere la tensione necessaria per risolvere i problemi e quindi utilizzarlo per scopi specifici.
La familiarità con il design del trasformatore, che comprende i seguenti elementi principali, contribuirà a rendere un quadro più completo:
- anima in materiali ferromagnetici;
- bobine primarie e secondarie poste su un telaio isolato;
- copertura protettiva (questo elemento è assente in numerosi modelli).
In alcuni campioni, al posto dei ferromagneti, viene utilizzato acciaio elettrico o permalloy. La scelta di un particolare tipo di materiale di base dipende dall'area di utilizzo del prodotto stesso.
Principio operativo
Il principio di funzionamento di un trasformatore monofase si basa sulla legge, secondo la quale il campo elettrico alternato che agisce nella bobina induce un EMF in un conduttore situato nelle vicinanze. Il fenomeno si chiama legge dell'induzione elettromagnetica di Faraday, che fu il primo a scoprire questo interessante effetto. A sostegno di ciò, lo scienziato ha sviluppato un'intera teoria, che ha costituito la base del lavoro della maggior parte dei moderni dispositivi e assiemi elettrici.
Le sue disposizioni principali:
- quando una corrente passa attraverso una bobina di filo, un flusso magnetico si forma attorno ad essa, catturando tutti gli stessi giri situati nelle vicinanze;
- sotto l'influenza di questo flusso, viene indotto in essi un EMF, che coincide sotto forma di cambiamenti con il campo iniziale;
- in presenza di un ferromagnete in esso, l'effetto di questo effetto è potenziato.
Tutti questi principi sono la base per il funzionamento di un moderno prodotto trasformatore. Quando è collegato all'avvolgimento secondario del carico, il circuito di lavoro si chiude e l'energia viene trasmessa quasi senza perdita al consumatore.
Modalità operative
Come qualsiasi dispositivo di conversione, il trasformatore ha due modalità operative:
- la cosiddetta "velocità minima";
- modalità di caricamento.
Durante il funzionamento al minimo, il dispositivo funziona senza carico e consuma un minimo di potenza dissipata solo nell'avvolgimento primario. Anche la corrente è minima e di solito non supera il 3-10% del valore osservato con il carico collegato. Nel secondo caso, una corrente inizia a fluire nelle spire dell'avvolgimento secondario, il cui valore è inversamente proporzionale al numero di spire nella bobina.
In un trasformatore step-down, la tensione al suo interno è inferiore e la corrente è maggiore. In questa modalità, la potenza viene trasferita al carico tenendo conto della dissipazione termica nel nucleo del trasformatore.
parametri principali
Quando si considerano i parametri dei convertitori di tensione e corrente, è importante notare il coefficiente di trasformazione k, definito come I1 / I2 = w2 / w1 = 1 / k. Qui w2 e w1 sono il numero di giri rispettivamente negli avvolgimenti secondario e primario. Inoltre, vengono prese in considerazione le sue caratteristiche, come la dimensione della finestra principale in cui sono posizionate le bobine.
Un altro parametro che caratterizza le proprietà di trasferimento di un trasformatore monofase a doppio avvolgimento in tensione è lo stesso coefficiente di trasformazione k, il cui valore per un dispositivo step-down è inferiore a 1. E viceversa, se k> 1, questo prodotto è un trasformatore step-up. In assenza di perdite nei fili degli avvolgimenti e della dispersione del flusso, questo indicatore è molto semplice da calcolare. Per questo, è più conveniente usare un semplice algoritmo di calcolo: k = U2 / U1. Se sono presenti più avvolgimenti secondari, è necessario determinare il parametro specificato per ciascuno di essi separatamente.
Tipi di trasformatori e loro applicazione
In base alle caratteristiche di progettazione del nucleo, i noti campioni di trasformatori monofase sono suddivisi in prodotti di asta, anello e armatura. A seconda della forma del circuito magnetico utilizzato in essi, possono essere:
- W-forma;
- Toroidale;
- U-shaped.
Ognuna di queste forme è adatta per determinati scopi legati alla necessità di ottenere specifiche caratteristiche di trasmissione.
I trasformatori di accoppiamento magnetico (MS) ottenibili più grandi sono divisi in prodotti con interazioni forti, medie e deboli. Queste caratteristiche dipendono in gran parte dal design del prodotto stesso e dal tipo di nucleo.
Un trasformatore monofase è richiesto nelle aree in cui è necessario coordinare due circuiti di potenza con l'isolamento elettrico di ciascuno di essi.
Funzionamento del prodotto
Quando si utilizzano dispositivi di conversione monofase, si presta particolare attenzione alla loro manipolazione sicura, come spiegato dall'alta tensione presente sugli avvolgimenti primari. È anche importante considerare i seguenti punti riguardanti l'installazione e l'inclusione dei trasformatori nei circuiti elettrici:
- per evitare guasti all'avvolgimento (burnout), i circuiti secondari devono essere protetti dal corto circuito;
- È importante monitorare le condizioni termiche del nucleo e degli avvolgimenti e, se necessario, provvedere al loro raffreddamento.
La cura di un trasformatore monofase è ridotta alle procedure standard, che sono previste dalle disposizioni delle norme attuali.
