Un miez de fier si doua sau mai multe bobine fac astazi posibila folosirea dispozitivelor electrice din fiecare locuinta, precum si functionarea unor sisteme si utilaje deosebit de mari si complexe. Iata cum a reusit transformatul sa schimbe lumea si in ce mod influenteaza multe dintre aspectele vietii noastre.

 

Inventat in anul 1891, de catre Nikola Tesla, transformatorul este una dintre componentele principale care face posibil transportul energiei electrice prin retea, pana in locuintele noastre, precum si accesul la tensiuni ridicate, ce permite folosirea de utilaje care necesita sarcini foarte mari. Functioneaza pe baza unor principii destul de simple printre care se numara si inductia electromagnetica, descoperita in anul 1830, si a fost dezvoltat in numeroase versiuni, care raspund la cerintele variatelor domenii de activitate in care este utilizat.

 

Ce este transformatorul

Un transformator de curent este un dispozitiv electric conceput pentru a modifica valoarea curentului alternativ intre doua niveluri de tensiune. Este un aparat solid si rezistent, fix, fara elemente mobile, cu durata lunga de exploatare, izolat, alcatuit din doua sau mai multe bobine cu fire, infasurate pe un miez realizat din otel.

Transformatorul electric – constructie

Transformatorul este alcatuit dintr-un miez feromagnetic si doua sau mai multe infasurari izolate atat intre ele, cat si in raport cu miezul. Infasurarea care primeste curent electric este considerata primara si functioneaza cu rol de receptor, in timp ce infasurarea care transmite mai departe energia, catre o retea sau catre consumator, poarta denumirea de infasurare secundara sau sens secundar si indeplineste functia de generator de curent.

Atunci cand tensiunea produsa de infasurarea secundara este mai mare decat cea aferenta infasurarii primare ,vorbim despre un transformator ridicator sau step-up, iar cand este mai mica, se vorbeste despre un transformator coborator de tensiune sau step-down.

In afara de cele doua categorii principale de componente, un transformator mai include si cuva cu ulei, izolatoare de trecere, conservator si elemente auxiliare, precum prize care permit reglarea tensiunii, termometru, filtru cu silicagel etc.

Miezul feromagnetic este alcatuit din coloane, pe care sunt distribuite infasurarile, si juguri, care fac legatura intre coloane. Este confectionat in general din tole de otel in aliaj cu siliciu, iar infasurarile sunt realizate din fire conductoare de cupru sau aluminiu.

 

Principii de functionare

Functionarea transformatoarelor are la baza cateva principii esentiale:

• voltajul aplicat unui conductor determina miscarea electronilor creand curent electric;
• curentul electric creeaza un camp magnetic (electromagnetism);
• campul electric poate fi amplificat prin crearea de bucle succesive la nivelul conductorului (bobina);
• campul magnetic circula prin fier;
• un camp magnetic care variaza induce curent electric intr-un conductor (inductia electromagnetica).

In interiorul unui transformator, bobina primara converteste curentul electric in camp magnetic, acesta este transmis prin miezul feromagnetic, iar apoi bobina secundara realizeaza efectul invers, convertind campul magnetic in curent electric, prin inductie electromagnetica. Totodata, campul magnetic creat in bobina primara determina aparitia si in spirele acesteia a unei tensiuni electromotoare determinata de propriul camp magnetic, acesta fiind modul prin care apare autoinductia.

Sistemul functioneaza insa doar in cazul curentului alternativ, pentru ca transformarea magnetismului in electricitate are loc doar intr-un camp magnetic care variaza.

Modificarea voltajului curentului sursa se obtine prin varierea numarului de spire pe cele doua bobine, pe baza relatiei care spune ca: raportul dintre voltajele celor doua bobine este egal cu cel dintre numarul de spire. Daca se doreste dublarea voltajului, se vor folosi deci de doua ori mai multe spire pe bobina secundara, decat pe cea primara.

 

Tipuri de transformatoare 

Tinand cont de contextul de utilizare, transformatoarele pot fi grupate generic in sase categorii, dintre care primele doua sunt cele mai populare si mai cunoscute:

• modele mici – caracterizate prin dimensiuni reduse si tensiune mica, folosite in aparate portabile cum sunt jucariile electrice, aparatele de tuns si barbierit etc. Tot in aceasta categori intra si transformatorul de sudura, alternativa clasica la modernul invertor de sudura, si alte dispozitive portabile de uz industrial.
• transformatoare de distributie – utilizate pentru a asigura distributia curentului electric catre consumatorii casnici si industriali. Sunt transformatoare de curent de medie tensiune, care lucreaza cu putere de 16 pana la 250KVA. In aceasta categorie vei gasi modele de transformator monofazat si transformator trifazat.
• versiuni de transport – care asigura transmiterea de putere intre retelele de inalta tensiune, lucrand cu puteri de 60 pana la 1000MVA.
• variante destinate industriei metalurgite – gestioneaza sarcini foarte mari si sunt construite pe structura din otel nemagnetic, pentru a diminua caldura generata in timpul functionarii
• autotransformatoare – numite si transformatoare economice, utilizate pentru a modifica tensiunea cu 10 – 50% acolo unde este nevoie.

Numarul de faze si modul de racire

In functie de tipul sursei de alimentare sunt prezentate in literatura de specialitate si utilizate in practica:

• transformatorul electric monofazat – dispozitiv static ce are rolul de a transfera curentul de la un circuit la altul, la un nivel constant de variatie a intensitatii si tensiunii;
• transformatorul electric trifazat – folosit in principal pentru generarea si distributia de energie electrica pentru domeniul industrial;
• transformatorul electric multifazat.

Cu cat puterea gestionata este mai mare, cu atat transformatoarele se incalzesc mai mult si au nevoie de un sistem de racire eficient care determina, de altfel, si impartirea lor in trei categorii distincte:

• transformatoare cu autoracire sau racire uscata – care folosesc aerul pentru a reduce temperatura;
• transformatoare cu racire automata in lichid dielectric – sistemul presupune amplasarea dispozitivului intr-o cuva cu ulei de transformator ,care functioneaza foarte eficient ca agent de racire si electroizolant;
• transformator cu sistem evaporare-racire, pe baza de fluor.

 

Marimea transformata

Desi transformatorul este cel mai cunoscut in relatie cu tensiunea electrica, acest dispozitiv poate fi utilizat pentru a varia si alte marimi fizice. Putem vorbim deci si despre transformatoare de putere, transformator de curent, transformator audio etc. Frecventa curentului este marimea care ramane insa mereu constanta.

Nici sensul transformarii nu este universal valabil, un astfel de aparat fiind utilizat atat pentru a creste tensiunea, cat si pentru a o reduce.