Un trasformatore è un dispositivo elettronico che può cambiare i valori di funzionamento ed è misurato dal rapporto di trasformazione, k. Questo numero indica il cambiamento, il ridimensionamento di un parametro come la tensione, la corrente, la resistenza o la potenza.
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Cos'è un rapporto di trasformazione
Un trasformatore non cambia un parametro in un altro, ma lavora con i loro valori. Si chiama comunque un convertitore. A seconda di come l'avvolgimento primario è collegato all'alimentazione, lo scopo del dispositivo cambia.
Questi dispositivi sono molto diffusi in casa. Il loro scopo è quello di alimentare un apparecchio domestico in modo tale che corrisponda al valore nominale indicato sulla scheda tecnica dell'apparecchio. Per esempio, la tensione di rete è di 220 volt, la batteria del telefono è caricata da un'alimentazione di 6 volt. È quindi necessario ridurre la tensione di rete di un fattore di 220:6 = 36,7, questo valore è chiamato rapporto di trasformazione.
Per calcolarlo con precisione, è necessario ricordare la costruzione del trasformatore stesso. Qualsiasi dispositivo di questo tipo ha un nucleo fatto di una lega speciale e almeno 2 bobine:
- primario;
- secondario.
La bobina primaria è collegata all'alimentazione, quella secondaria al carico, e ce ne possono essere 1 o più. Un avvolgimento è una bobina costituita da filo elettrico isolante avvolto su un telaio, o senza telaio. Un giro completo del filo è chiamato una bobina. La prima e la seconda bobina sono montate su un nucleo, con il quale l'energia viene trasferita tra gli avvolgimenti.
Il rapporto di trasformazione di un trasformatore
Una formula speciale determina il numero di conduttori nell'avvolgimento e tiene conto di tutte le caratteristiche speciali del nucleo utilizzato. Pertanto, il numero di giri nelle bobine primarie sarà diverso nei diversi dispositivi, anche se sono collegati alla stessa alimentazione. Gli avvolgimenti sono calcolati in relazione alla tensione, se diversi carichi con tensioni di alimentazione diverse devono essere collegati al trasformatore, il numero di avvolgimenti secondari corrisponderà al numero di carichi da collegare.
Conoscendo il numero di giri di filo negli avvolgimenti primari e secondari, si può calcolare il k del dispositivo. Secondo la definizione del GOST 17596-72 "Fattore di trasformazione - Il rapporto tra il numero di giri dell'avvolgimento nel secondario e il numero di giri nel primario, o il rapporto tra la tensione secondaria e la tensione primaria in funzionamento a vuoto, esclusa la caduta di tensione nel trasformatore". Se questo fattore k è maggiore di 1, l'unità è un'unità step-down, se meno, è un'unità step-up. Non c'è questa distinzione nel GOST, quindi il numero più alto è diviso per il numero più basso e k è sempre maggiore di 1.
Nella fornitura di elettricità, i convertitori aiutano a ridurre le perdite di trasmissione. Per fare questo, la tensione generata dalla centrale viene aumentata a diverse centinaia di migliaia di volt. La tensione viene poi ridotta al valore richiesto utilizzando gli stessi dispositivi.
I trasformatori con regolatori di tensione sono installati nelle sottostazioni di trazione che alimentano le zone industriali e residenziali. Dalla bobina secondaria si spillano delle uscite ausiliarie il cui collegamento permette di variare la tensione in piccoli incrementi. Questo viene fatto con una connessione bullonata o con una manopola. In questo caso il rapporto di trasformazione del trasformatore di potenza è specificato nella sua scheda tecnica.
Definizione e formula del rapporto di trasformazione
Si scopre che il rapporto è una costante, che indica la scalatura dei parametri elettrici, ed è interamente dipendente dal design del dispositivo. Il calcolo di k è fatto in modo diverso per i diversi parametri. Esistono le seguenti categorie di trasformatori:
- per tensione;
- corrente;
- dalla resistenza.
Prima di determinare il coefficiente è necessario misurare la tensione attraverso le bobine. Il GOST afferma che questa misurazione deve essere fatta quando le bobine sono inattive. Questo è quando nessun carico è collegato all'inverter, la lettura può essere indicata sulla targhetta dell'unità.
La lettura dell'avvolgimento primario viene poi divisa per la lettura dell'avvolgimento secondario, questo sarà il coefficiente. Se il numero di spire in ogni bobina è noto, il numero di spire nella bobina primaria viene diviso per il numero di spire nella bobina secondaria. In questo calcolo, la resistenza della bobina è trascurata. Se ci sono diversi avvolgimenti secondari, si trova un k diverso per ogni avvolgimento.
I trasformatori di corrente hanno una caratteristica propria, il loro avvolgimento primario è collegato in serie con il carico. Le correnti primarie e secondarie sono misurate prima del calcolo del valore di k. La corrente primaria viene scomposta nella corrente secondaria. Se il numero di giri è disponibile sulla scheda tecnica, è possibile calcolare k dividendo il numero di giri del filo dell'avvolgimento secondario per il numero di giri del filo dell'avvolgimento primario.
Quando si calcola il coefficiente di un trasformatore d'impedenza, chiamato anche trasformatore di corrispondenza, bisogna prima trovare le impedenze di ingresso e di uscita. Per fare questo, si calcola la potenza, che è uguale al prodotto della tensione e della corrente. La potenza viene poi divisa per il quadrato della tensione per dare la resistenza. La frazione della resistenza d'ingresso del trasformatore e del carico rispetto al suo circuito primario e la resistenza d'ingresso del carico nel circuito secondario darà k del dispositivo.
C'è un altro modo di calcolare questo. Devi trovare il fattore k per la tensione e squadrarlo, il risultato sarà simile.
Diversi tipi di trasformatori e i loro rapporti
Anche se strutturalmente i convertitori non differiscono molto l'uno dall'altro, il loro scopo è abbastanza ampio. Ci sono i seguenti tipi di trasformatori, oltre a quelli discussi:
- trasformatore di potenza;
- autotrasformatore;
- polso;
- saldatura;
- isolare;
- corrispondenza;
- pic-trasformatore;
- doppio soffocamento;
- trasfluitore;
- rotante;
- aria e olio;
- trifase.
Una caratteristica dell'autotrasformatore è che non c'è isolamento galvanico, gli avvolgimenti primario e secondario sono fatti con lo stesso filo, con il secondario che fa parte del primario. Il trasformatore di impulsi scala brevi segnali di impulsi rettangolari. Quello di saldatura funziona in modalità di cortocircuito. I separatori si usano dove è richiesta una speciale sicurezza elettrica: stanze umide, stanze con molti prodotti metallici e simili. Il loro k è principalmente uguale a 1.
Il trasformatore picco-picco converte la tensione sinusoidale in una tensione pulsata. Un twin choke è due bobine gemelle, ma si riferisce ai trasformatori in termini di caratteristiche di progettazione. Il transfluitore contiene un nucleo costituito da un nucleo magnetico, che ha un alto valore di magnetizzazione residua, che gli permette di essere usato come una memoria. Quello rotante trasmette segnali a oggetti rotanti.
I trasformatori in aria e quelli in olio differiscono per il modo in cui sono raffreddati. Quelli a base di olio sono utilizzati per la scalatura ad alta potenza. I trasformatori trifase sono utilizzati nei circuiti trifase.
Per ulteriori informazioni sul rapporto di trasformazione del trasformatore di corrente, vedere la tabella.
| Carico secondario nominale, V | 3 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 75 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rapporto, n | Molteplicità nominale | ||||||||||
| 3000/5 | 37 | 31 | 25 | 20 | 17 | 13 | 11 | 9 | 8 | 6 | 5 |
| 4000/5 | 38 | 32 | 26 | 22 | 20 | 15 | 13 | 11 | 10 | 8 | 6 |
| 5000/5 | 38 | 29 | 25 | 22 | 20 | 16 | 14 | 12 | 11 | 10 | 8 |
| 6000/5 | 39 | 28 | 25 | 22 | 20 | 16 | 15 | 13 | 12 | 10 | 8 |
| 8000/5 | 38 | 21 | 20 | 19 | 18 | 14 | 14 | 13 | 12 | 11 | 9 |
| 10000/5 | 37 | 16 | 15 | 15 | 14 | 12 | 12 | 12 | 11 | 10 | 9 |
| 12000/5 | 39 | 20 | 19 | 18 | 18 | 12 | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 |
| 14000/5 | 38 | 15 | 15 | 14 | 14 | 12 | 13 | 12 | 12 | 11 | 10 |
| 16000/5 | 36 | 15 | 14 | 13 | 13 | 12 | 10 | 10 | 10 | 9 | 9 |
| 18000/5 | 41 | 16 | 16 | 15 | 15 | 12 | 14 | 14 | 13 | 12 | 12 |
Quasi tutti i dispositivi di cui sopra hanno un nucleo per trasmettere il flusso magnetico. Il flusso è creato dal movimento degli elettroni in ogni avvolgimento della bobina, e le correnti non devono essere nulle. Il rapporto di trasformazione della corrente dipende anche dal tipo di nucleo:
- nucleo;
- corazzato.
In un nucleo corazzato, i campi magnetici hanno un impatto maggiore sullo scaling.
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