Transformatorul Electric

ARGUMENT

Prezentarea de faţă are ca scop cunoaşterea structurii constructive, a tehnologiei de fabricaţie, precum şi a metodologiei de proiectare a transformatorului de reţea de mică putere , utilizat în alimentarea aparaturii electronice.

Transformatorul de reţea monofazic, de mică putere , este o componentă prezentă în majoritatea schemelor de alimentare, a aparaturii electronice de tip staţionar. El este destinat să modifice valoarea tensiunii şi curentului, de la nivelul oferit de reţea circuitului primar, la nivelul sau nivelele necesare în circuitul sau circuitele secundare. Transformatorul oferă în plus şi izolarea galvanică faţă de reţeaua de curent alternativ, a şasiului aparatului electronic în care este încorporat, asigurând electrosecuritatea persoanelor care îl manipulează.

1. GENERALITĂŢI

Transformatorul electric este un ansamblu de două sau mai multe bobine cuplate inductiv foarte strâns (coeficient de cuplaj k ≈1), între care se poate realiza, în curent alternativ, un transfer de putere cu randament apropiat de unitate. Bobina la bornele căreia se aplică sursa de alimentare se numeşte înfăşurare primară, iar celelalte la care se conectează diferiţi consumatori se numesc înfăşurări secundare. Pentru obţinerea cuplajului magnetic foarte strâns înfăşurările transformatorului sânt bobinate, de obicei, pe un miez magnetic, care are rolul de a concentra liniile de câmp datorită unei mari permeabilităţi magnetice.

Miezul magnetic poate fi deschis, când circuitul magnetic se închide prin aer, figura 1a sau închis, când circuitul magnetic se închide aproape în totalitate.

al bobinei se dispersează în întreg spaţiul înconjurător, iar în al doilea caz el este concentrat, aproape în totalitate, în interiorul miezului magnetic. Această proprietate a materialelor magnetice este cu atât mai pronunţată cu cât permeabilitatea magnetică relativă μr este mai mare.

Notă: μr=μ/μ0, unde μ este permeabilitatea absolută a materialului respectiv iar μ0 = 4π*10-7 H/m este permeabilitatea absolută a vidului sau, cu o aproximaţie foarte bună, a aerului.

Cuplajul magnetic strâns, în cazul a două sau mai multe bobine, se poate obţine constructiv, fie prin bobinarea înfăşurărilor pe un acelaşi miez mag¬netic închis (fig. 1b, 1c), fie prin bobinarea simultană a lor, într-un singur strat, pe o aceeaşi carcasă, cu sau fără miez magnetic, astfel încât bobinele să se suprapună aproape perfect (fig.2).

Prima modalitate este aplicabilă pentru realizarea transformatoarelor destinate oricărui domeniu de frecvenţă deşi la frecvenţe mari apar unele limitări datorită scăderii permeabilităţii magnetice μr, precum şi creşterii pierderilor de putere în miezul magnetic.

A doua modalitate este aplicabilă, practic, numai la frecvenţe foarte mari (peste 1 MHz) unde, datorită numărului mic de spire necesar, bobina primară şi bobinele secundare pot fi bobinate simultan pe un singur strat, fără a obţine un gabarit exagerat de mare. De obicei acest tip de transfor¬matoare, pentru frecvenţe foarte înalte, au un singur secundar şi în acest caz se numesc transformatoare bifilare (fig. 2). Ele pot fi cilindrice sau toroidale.

Transformatorul bifilar cilindric (fig. 2a şi 2b) are avantajul că se bobinează simplu, dar are dezavantajul că fluxul său magnetic se dispersează în tot spaţiul ânconjurător şi poate provoca perturbaţii mari în circuitele vecine. Pentru a evita această situaţie se recurge la ecranarea magnetică a transformatorului, ecranare care la frecvenţe mari se realizează uşor prin închiderea transformatorului într-o carcasă din tablă de cupru, aluminiu sau fier.

Transformatorul bifilar toroidal (fig. 2c) are dezavantajul că se bobinează mai greu, dar are avantajul esenţial că nu produce flux magnetic în exteriorul său. Cu toate acestea şi el se ecranează magnetic pentru a fi ferit de influenţa unor câmpuri magnetice străine.

Se consideră bobina cu miez magnetic închis din figura 1b sau 1c. Fluxul magnetic ф creat de această bobină poate fi descompus în două componente: o componentă фm care se închide prin miez şi o componentă фS care se închide prin aer şi pe care o vom denumi flux de scăpări sau de dispersie.