O dispositivo e o princípio de operação do transformador

Para converter uma tensão elétrica de uma magnitude em uma tensão elétrica de outra magnitude, ou seja, para converter energia elétrica, use transformadores elétricos.

Um transformador só pode converter corrente alternada em corrente alternada, portanto, para obter corrente contínua, a corrente alternada do transformador é retificada, se necessário. Para isso servem retificadores.

De uma forma ou de outra, todo transformador (seja um transformador de tensão, um transformador de corrente ou um transformador de pulso) funciona devido ao fenômeno da indução eletromagnética, que se manifesta em toda a sua glória precisamente com corrente alternada ou pulsante.

dispositivo transformador

Em sua forma mais simples, um transformador monofásico consiste em apenas três partes principais: um núcleo ferromagnético (circuito magnético), bem como enrolamentos primários e secundários. Em princípio, um transformador pode ter mais de dois enrolamentos, mas pelo menos dois deles. Em alguns casos, a função do enrolamento secundário pode ser realizada por parte das voltas do enrolamento primário (ver Fig. tipos de transformadores), mas tais soluções são bastante raras em comparação com as usuais.

A parte principal do transformador é um núcleo ferromagnético. Quando o transformador está operando, o campo magnético variável está dentro do núcleo ferromagnético. A fonte do campo magnético variável no transformador é a corrente alternada do enrolamento primário.

Tensão do enrolamento secundário do transformador

Sabe-se que toda corrente elétrica é acompanhada de um campo magnético; conseqüentemente, uma corrente alternada é acompanhada por um campo magnético alternado (mudança de magnitude e direção).

Assim, ao fornecer corrente alternada ao enrolamento primário do transformador, obtemos um campo magnético variável da corrente do enrolamento primário. E assim o campo magnético está concentrado principalmente no núcleo do transformador, este núcleo é feito de um material com alta permeabilidade magnética, milhares de vezes maior que a do ar, então a maior parte do fluxo magnético do enrolamento primário será fechado exatamente dentro do núcleo, não através do ar.

Assim, o campo magnético alternado do enrolamento primário é concentrado no volume do núcleo do transformador, que é feito de aço transformador, ferrita ou outro material adequado, dependendo da frequência de operação e finalidade de um determinado transformador.

O enrolamento secundário do transformador está localizado em um núcleo comum com seu enrolamento primário. Portanto, o campo magnético alternado do enrolamento primário também penetra nas voltas do enrolamento secundário.

A fenômeno da indução eletromagnética reside simplesmente no fato de que um campo magnético variável no tempo causa um campo elétrico variável no espaço ao seu redor. E como há um segundo fio da bobina neste espaço ao redor do campo magnético variável, o campo elétrico alternado induzido atua nos portadores de carga dentro desse fio.

Essa ação do campo elétrico causa uma EMF a cada volta da bobina secundária. Como resultado, uma tensão elétrica alternada aparece entre os terminais do enrolamento secundário. Quando o enrolamento secundário do transformador conectado não está carregado, o transformador está vazio.

Operação do transformador sob carga

Se uma certa carga é conectada ao enrolamento secundário de um transformador em operação, uma corrente surge através da carga em todo o circuito secundário do transformador.

Essa corrente gera seu próprio campo magnético, que, segundo a lei de Lenz, tem uma direção que se opõe à "causa que a causa". Isso significa que o campo magnético da corrente do enrolamento secundário em qualquer instante de tempo tende a reduzir o campo magnético crescente do enrolamento primário ou tende a sustentar o campo magnético do enrolamento primário quando ele diminui, sempre aponta para o campo magnético campo da bobina primária.

Assim, quando o enrolamento secundário do transformador é carregado, ocorre um contra-CEM em seu enrolamento primário, forçando o enrolamento primário do transformador a extrair mais corrente da rede de alimentação.

Fator de transformação

A relação de espiras dos enrolamentos primários N1 e secundários N2 de um transformador determina a relação entre suas tensões de entrada U1 e saída U2 e as correntes de entrada I1 e saída I2 quando o transformador está operando sob carga. Essa proporção é chamada taxa de transformação do transformador:

O fator de transformação é maior que um se o transformador for abaixado e menor que um se o transformador for aumentado.

Transformador de voltagem

Um transformador de tensão é um tipo de transformador abaixador projetado para isolar galvanicamente circuitos de alta tensão de circuitos de baixa tensão.

Normalmente, quando se trata de alta tensão, significam 6 quilovolts ou mais (no enrolamento primário do transformador de tensão), e baixa tensão significa valores da ordem de 100 volts (no enrolamento secundário).

Tal transformador é usado, como regra, para fins de medição… Reduz, por exemplo, a alta tensão da linha de alimentação para uma baixa tensão conveniente para medição, ao mesmo tempo em que é capaz de isolar galvanicamente os circuitos de medição, proteção e controle do circuito de alta tensão. Esses tipos de transformadores geralmente operam em modo inativo.

Basicamente, qualquer coisa pode ser chamada de transformador de tensão transformadorusado para converter energia elétrica.

transformador de corrente

Em um transformador de corrente, o enrolamento primário, que geralmente consiste em apenas uma volta, é conectado em série com o circuito da fonte de corrente. Esta volta pode ser uma seção do fio do circuito onde a corrente precisa ser medida.

O fio é simplesmente passado pela janela do núcleo do transformador e se torna esta única volta - a volta do enrolamento primário. Seu enrolamento secundário, que possui muitas voltas, é conectado a um medidor de baixa resistência interna.

Transformadores desse tipo são usados ​​para medir valores de corrente alternada em circuitos de energia. Aqui, a corrente e a tensão do enrolamento secundário são proporcionais à corrente medida do enrolamento primário (circuito de corrente).

Os transformadores de corrente são amplamente utilizados em dispositivos de proteção de relés para sistemas de potência, pois possuem alta precisão. Eles tornam as medições seguras, pois isolam de forma confiável o circuito de medição do circuito primário (geralmente alta tensão - dezenas e centenas de quilovolts).

transformador de pulso

Este transformador é projetado para converter uma forma de pulso de corrente (tensão). Pulsos curtos, geralmente retangulares, aplicados em seu enrolamento primário fazem o transformador funcionar praticamente em condições transitórias.

Esses transformadores são usados ​​em conversores de tensão de pulso e outros dispositivos de pulso, bem como em transformadores diferenciadores.

O uso de transformadores de pulso permite reduzir o peso e o custo dos dispositivos em que são utilizados, simplesmente pelo aumento da frequência de conversão (dezenas e centenas de quilohertz) em comparação com os transformadores de rede operando na frequência de 50-60 Hz. Pulsos retangulares, cujo tempo de subida é muito menor que a própria duração do pulso, geralmente são transformados com baixa distorção.