Funcționarea în Sarcină a Transformatorului

Transformatorul este un aparat electric de curent alternativ care transformă energia electrică din circuitul primar tot în energie electrică în circuitul secundar, având însă în general alte valori ale tensiunii şi intensităţii curentului. Dacă la bornele secundare se conectează un consumator, acesta va absorbi o anumită putere, pe care transformatorul o preia din reţeaua de alimentare.

Transformatorul se compune din: miezul feromagnetic, care serveşte ca circuit al fluxului magnetic; înfăşurarea primară, racordată la sursa de alimentare (un generator de curent alternativ sau o reţea electrică); înfăşurarea secundară, racordată la circuitul de utilizare (reţea de distrubuţie, motoare etc.).

Prin principiu de funcţionare al transformatorului se înţelege lanţul de fenomene care asigură transferul de putere din reţea la consumator.

Principiul de fencţionare a transformatorului poate fi denumit principiul fluxului magnetic comun constant.

În mod simplificat, principiul de funcţionare al transformatorului poate fi concentrat în următoarea secvenţă: Cele două înfăşurări sunt străbătute de fluxul magnetic comun, care este excitat de solenaţia rezultată prin suprapunerea solenaţiei primare şi a celei secundare. Fluxul magnetic comun induce, atât în primar cât şi în secundar, câte o t.e.m. proporţională cu numărul de spire ale înfăşurării respective. T.e.m. indusă în primar este practic egală cu tensiunea la borne deci are o valoare constantă. O asemenea t.e.m. nu poate fi indusă decât de un flux care, la rândul său, are valoarea efectivă constantă. Prin urmare, şi tensiunea la bornele secundare, care este practic egală cu t.e.m. indusă în secundar de către fluxul constant, este constantă. Faptul că fluxul este constant implică constanţa solenaţiei rezultante, care-l excită. Prin urmare, orice modificare a curentului secundar (datorată schimbării impedanţei consumatorului conectat la bornele secundarului) va determina în mod necesar o modificare a curentului primar, astfel încât modificările solenaţiilor primară şi secundară să se compenseze.

Transformatorul funcţionează în sarcină, atunci când el absoarbe din reţeaua de alimentare o anumită putere pe care o tansferă sarcinii.

Dacă la înfăşurarea secundară se racordează un receptor de energie, de exemplu o întreprindere (fig.), prin această înfăşurare va circula un curent i2 proporţional cu sarcina.

Acţiunea acestui curent este de a se opune curentului de magnetizare i0, deci de a slăbi liniile de flux din miezul de fier şi, odată cu aceasta, şi forţa contraelectromotoare e1. rezultatul este că transformatorul absoarbe de la reţeaua de alimentare, pe lângă i0, un curent adiţional i1. Acest curent i1 capătă în acest moment valoarea necesară pentru ca să echilibreze cererea de curent i2 din secundar.

De asemenea, se poate spune că puterea absorbită de transformator de la reţea se reglează în mod automat dupa puterea pe care acesta o debitează în reţeaua racordată la înfăşurarea secundară.

Faptul că fluxul corespunzător unei tensiuni U1 rămâne practic constant, când sarcina variază, constituie o proprietate fundamentaă a transformatorului.

Când transformatorul este pus in sarcină, curenţii care parcurg înfăşurările primară şi secundară produc pierderi prin efect Joule-Lenz. Aceste pierderi, numite şi pierderi în cupru, produc încălzirea înfăşurărilor.

Căderea de tensiune în sarcină. La funcţionarea transformatorului în sarcină apare fenomenul dispersiunii sau al scăpărilor de flux. Acest fenomen constă în faptul că nu întreg fluxul străbate ambele înfăşurări, folosind ca drum numai fierul. O parte din flux – fluxul de scăpări – iese pe la capătul înfăşurării şi se întoarce prin aer (fig.), intrând în aceeaşi înfăşurare pe la celălalt capăt. Acest fapt se petrece la ambele înfăşurări.

Ca urmare, la transformatorul în sarcină, tensiunea U2 de la bornele secundarului va scădea.

De asemenea, curentul primar şi cel secundar, datorită rezistenţelor ohmice ale înfăşurărilor, vor produce căderi de tensiune.

Din cele arătate mai sus rezultă că, la funcţionarea transformatorului în sarcină, raportul dintre tensiunile primară şi secundară nu mai este egal cu raportul de transformare la mersul în gol.

Ecuaţiile trasformatorului în sarcină

În figură este desenată schema unui transformator monofazat care funcţionează în sarcină. Aşa cum s-a prezentat, transformatorul constă dintr-un miez magnetic pe care sunt bobinate două înfăşurări. Înfăşurarea primară, reprezentată pe coloana din stânga, are w1 spire; ea este alimentată din reţeaua de curent alternativ infinit de puternică (o reţea a cărei tensiune rămâne constantă independent de fenomenele care se petrec în receptoarele alimentate de către ea) de tensiune U1. Înfăşurarea secundară, care posedă w2 spire, este reprezentată pe coloana din dreapta. Ca urmare a fenomenelor care au loc în transformator la bornele înfăşurării secundare apare tensiunea secundara U2. Această tensiune este aplicată circuitului de sarcină, conectat la bornele secundare şi care constă din rezistenţa RS, conectată în serie cu reactanţa, presupusă inductivă, XS.