I dispositivi statici elettromagnetici sono utilizzati per creare e applicare un campo magnetico. Ci sono molte ragioni per cui un trasformatore è necessario nei circuiti elettronici, elettrici e radio. Il dispositivo è dotato di avvolgimenti induttivi che sono reciprocamente interconnessi su un nucleo magnetico. La rete contribuisce al campo alternato, mentre il trasformatore utilizza l'induzione elettromagnetica per dare alla corrente un valore costante senza cambiare frequenza.
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Definizione e scopo
Per alimentare gli strumenti, sono necessarie tensioni con caratteristiche diverse. Un trasformatore è una costruzione per sfruttare il funzionamento induttivo di un campo magnetico. Le bobine a nastro o a filo collegate da una corrente comune diminuiscono o aumentano la tensione. Un televisore usa 5V per far funzionare i transistor e i chip, alimentare un cinescopio richiede diversi kilovolt quando si usa un oscillatore a cascata.
Gli avvolgimenti isolati sono posti su un nucleo di materiale spontaneamente magnetizzato con un valore di tensione definito. Le unità più vecchie utilizzavano la frequenza di rete esistente, circa 60 Hz. I moderni circuiti di alimentazione degli apparecchi utilizzano trasformatori a impulsi ad alta frequenza. La tensione alternata viene raddrizzata e convertita per mezzo di un oscillatore in un valore con parametri specificati.
La tensione è stabilizzata da un'unità di controllo con modulazione di larghezza d'impulso. Le raffiche ad alta frequenza sono trasmesse al trasformatore, l'uscita è stabile. La massività e la pesantezza dei dispositivi del passato è sostituita dalla leggerezza e dalle piccole dimensioni. Il rendimento lineare dell'unità è proporzionale alla potenza nel rapporto di 1:4, la frequenza della corrente è aumentata per ridurre le dimensioni dell'unità.
Le unità massicce sono usate nei circuiti di alimentazione se c'è bisogno di una minima dissipazione delle interferenze ad alta frequenza, per esempio quando si fornisce un suono di alta qualità.
Design e principio di funzionamento
Il produttore sceglie le regole di base per il funzionamento dell'unità, ma questo non influisce sull'affidabilità operativa. I concetti differiscono nel processo di fabbricazione. Il principio di funzionamento del trasformatore si basa su due affermazioni:
- il movimento mutevole dei portatori di carica direzionali crea un campo di forza magnetico alternato;
- L'effetto sul flusso di forza trasmesso attraverso la bobina genera una forza elettromotrice e un'induzione.
Il dispositivo è composto dalle seguenti parti:
- Filo magnetico (nucleo);
- bobina o avvolgimento;
- un supporto per la disposizione delle bobine;
- materiale isolante;
- sistema di raffreddamento;
- altri elementi di fissaggio, accesso, protezione.
Il funzionamento di un trasformatore si basa sul tipo di costruzione e sulla combinazione di nucleo e avvolgimenti. Nel tipo a nucleo, il conduttore è racchiuso negli avvolgimenti ed è difficile da vedere. Le bobine sono visibili, la parte superiore e inferiore del nucleo sono visibili e l'asse è verticale. Il materiale di cui è fatta la bobina deve condurre bene l'elettricità.
Nei prodotti di tipo blindato l'anima nasconde la maggior parte delle curve ed è posta orizzontalmente o a piombo. Il design del trasformatore toroidale comporta la collocazione di due avvolgimenti indipendenti sul nucleo magnetico senza alcuna connessione elettrica tra di loro.
Sistema magnetico
Realizzato in acciaio legato per trasformatori, ferrite, permalloy, mantenendo la forma geometrica per generare il campo magnetico dell'unità. Il conduttore è costruito da piastre, strisce, ferri di cavallo e viene fabbricato su una pressa. La parte su cui è posto l'avvolgimento è chiamata giogo. Il giogo è l'elemento senza bobine che completa la chiusura del circuito.
Il modo in cui funziona un trasformatore dipende dalla disposizione del giogo, che può essere
- piatto - gli assi del giogo e delle anime sono nello stesso piano;
- spaziale - gli elementi longitudinali sono disposti in diverse superfici;
- simmetrico - i conduttori della stessa forma, dimensione e costruzione sono disposti su tutti i gioghi in modo simile agli altri;
- asimmetrico - i singoli montanti differiscono nell'aspetto, nelle dimensioni e sono collocati in posizioni diverse.
Se si suppone che la corrente continua scorra attraverso l'avvolgimento, che è chiamato avvolgimento primario, il filo magnetico è reso aperto. In altri casi, il nucleo è chiuso, serve a chiudere le linee elettriche.
Avvolgimenti .
Sono fatti come un insieme di bobine disposte su conduttori di sezione quadrata. La forma è utilizzata per un funzionamento efficiente e per aumentare il fattore di riempimento nella finestra del nucleo magnetico. Se è richiesta una sezione maggiore del nucleo, viene realizzato come due elementi paralleli per ridurre il verificarsi di correnti parassite. Ogni conduttore di questo tipo è chiamato nucleo.
L'anima è avvolta nella carta e ricoperta di vernice smaltata. A volte due nuclei disposti in parallelo sono racchiusi in un isolamento comune, un insieme chiamato cavo. Gli avvolgimenti sono differenziati secondo il loro scopo:
- principale - sono alimentati con corrente alternata, esce la corrente elettrica trasformata;
- avvolgimenti di controllo - hanno curve per trasformare la tensione a basse correnti;
- ausiliari - servono ad alimentare la loro rete con meno della potenza del trasformatore e a magnetizzare il circuito con corrente continua.
Metodi di avvolgimento:
- Avvolgimento in fila - le spire sono fatte nella direzione dell'asse lungo tutta la lunghezza del conduttore, le spire successive sono avvolte strettamente, senza spazi vuoti;
- avvolgimento elicoidale - avvolgimento multistrato con spazi vuoti tra gli anelli o sovrapposizione di elementi adiacenti;
- avvolgimento a disco - la fila a spirale è avvolta in serie, l'avvolgimento è radiale nella direzione interna ed esterna in un cerchio;
- la bobina di lamina è fatta da fogli larghi di alluminio e rame con uno spessore che varia tra 0,1-2 mm.
Simboli
Ci sono segni speciali per rendere lo schema del trasformatore facile da leggere. Il nucleo è disegnato con una linea spessa, il numero 1 indica l'avvolgimento primario e gli avvolgimenti secondari sono indicati con i numeri 2 e 3.
In alcuni diagrammi la linea centrale è simile per spessore al disegno a semicerchio. La designazione del materiale del nucleo è diversa:
- Il nucleo magnetico in ferrite è disegnato con una linea spessa;
- Il nucleo d'acciaio con gap magnetico è disegnato con una linea sottile con una pausa nel mezzo;
- l'asse del dielettrico magnetizzato è contrassegnato da una sottile linea tratteggiata;
- la barra di rame è disegnata come una linea stretta con la notazione del materiale secondo la tabella di Mendeleev.
I punti in grassetto sono usati per evidenziare l'uscita della bobina, la designazione dell'induzione istantanea è la stessa. Usato per indicare le unità intermedie negli oscillatori a cascata per indicare l'inversione di fase. I punti sono posizionati se è necessario stabilire la polarità durante l'assemblaggio e la direzione della disposizione degli avvolgimenti. Il numero di giri dell'avvolgimento primario è definito in modo convenzionale, e il numero di semicerchi non è regolato; la proporzionalità c'è, ma non è strettamente osservata.
Le caratteristiche principali sono le seguenti
Il funzionamento a vuoto si applica quando il secondario del trasformatore è aperto e non c'è tensione nel secondario. La corrente scorre attraverso il primario e si verifica una magnetizzazione reattiva. Con il funzionamento a vuoto vengono determinati l'efficienza, il rapporto di trasformazione e le perdite del nucleo.
Il funzionamento a carico comporta il collegamento dell'alimentazione al circuito primario, dove scorre la somma delle correnti di funzionamento e a vuoto. Il carico è collegato al secondario del trasformatore. Questa modalità è comune.
La fase di cortocircuito si verifica se la resistenza della bobina secondaria è l'unico carico. In questo modo si determinano le perdite di riscaldamento della bobina nel circuito. I parametri dei trasformatori sono presi in considerazione nel sistema di sostituzione della strumentazione per mezzo della regolazione della resistenza.
Il rapporto tra la potenza in entrata e quella in uscita determina l'efficienza del trasformatore.
Applicazioni
Gli elettrodomestici hanno un contatto di terra attraverso il conduttore neutro. Un circuito di fase e neutro toccato simultaneamente da un consumatore provoca un guasto ad anello e lesioni personali. Il collegamento tramite un trasformatore di isolamento permette di mantenere la sicurezza delle persone, poiché l'avvolgimento secondario non ha contatto con la terra.
Le unità a impulsi sono utilizzate quando si trasmettono scosse rettangolari e si trasformano segnali brevi sul carico. L'uscita cambia la polarità e l'ampiezza della corrente, ma la tensione rimane invariata.
L'attrezzatura di misurazione DC è un amplificatore magnetico. Il cambiamento della tensione alternata è aiutato dal movimento direzionale degli elettroni di piccola potenza. Un raddrizzatore fornisce energia costante e dipende dai valori dell'elettricità in entrata.
I gruppi di potenza sono ampiamente utilizzati nei piccoli generatori di corrente, nei generatori di potenza e nei generatori di corrente media nei motori diesel. I trasformatori sono montati in serie con il carico, il dispositivo è collegato alla fonte con l'avvolgimento primario, il circuito secondario emette l'energia trasformata. Il valore della corrente di uscita è direttamente proporzionale al carico. Se il generatore è trifase, si usa un'attrezzatura con 3 aste magnetiche.
Le unità invertenti hanno transistor della stessa conducibilità e amplificano solo una parte del segnale in uscita. Per la conversione completa della tensione, un impulso è applicato a entrambi i transistor.
L'attrezzatura di accoppiamento è usata per connettersi a dispositivi elettronici con alta resistenza all'ingresso e all'uscita di un carico con una bassa portata di potenza. Le unità sono utili nelle linee ad alta frequenza dove una differenza di magnitudine porta a una perdita di potenza.
Tipi di trasformatori
I valori di corrente primaria e secondaria determinano la classificazione dei trasformatori. Nei tipi comuni il valore è nell'intervallo di 1-5 A.
Un'unità di separazione non fornisce alcun collegamento tra le due bobine. L'attrezzatura fornisce un isolamento galvanico, cioè la trasmissione dell'impulso in modo senza contatto. Senza di essa, la corrente che scorre tra i circuiti è limitata solo dalla resistenza, che non viene presa in considerazione a causa del suo piccolo valore.
Il trasformatore di corrispondenza assicura che i diversi valori di resistenza siano abbinati per minimizzare la distorsione della forma degli impulsi in uscita. È usato per fornire un isolamento galvanico.
Prima di scoprire cosa sono i trasformatori per linee elettriche, si nota che sono disponibili per l'uso con reti ad alta potenza. I dispositivi a corrente alternata modificano i valori di energia negli impianti di ricezione e lavorano in luoghi con un'alta capacità e tasso di cambiamento dell'elettricità.
Un trasformatore rotante non deve essere confuso con un'apparecchiatura rotante - una macchina per convertire l'angolo di rotazione in tensione di circuito, dove l'efficienza dipende dalla velocità di rotazione. Il dispositivo trasmette un impulso elettrico alle parti mobili dell'apparecchiatura, come la testa di un videoregistratore. Un doppio nucleo con avvolgimenti separati, uno dei quali ruota intorno all'altro.
L'unità riempita d'olio usa un olio speciale per trasformatori per raffreddare le bobine. Hanno un circuito magnetico chiuso. A differenza dei tipi aviotrasportati, possono interagire con le reti ad alta potenza.
Trasformatori di saldatura per ottimizzare il funzionamento delle apparecchiature, ridurre la tensione e generare corrente ad alta frequenza. Questo si ottiene variando l'induttanza o le caratteristiche a vuoto. La regolazione dei passi si effettua disponendo l'avvolgimento elettrico sui conduttori.
