119

09 Transformatorul

1. Transformatorul i inductana mutual

Un transformator este un dispozitiv construit din dou sau mai multe bobine, una dintre ele alimentat n

curent alternativ ce induce o tensiune alternativ n cealalt bobin. Dac a doua bobin este conectat la o

sarcin, puterea sursei de tensiune a primei bobine este cuplat electromagnetic la sarcina celei de a doua

Inductana mutual reprezint situaia n care fluxurile magnetice a dou sau a mai multe bobine sunt

cuplate ntre ele, astfel nct exist o tensiune indus ntr-una dintre bobine direct proporional cu rata de

variaie a curentului n cealalt

Bobina transformatorului alimentat n curent alternativ se numete nfurare primar. Bobina ne-

alimentat a transformatorului se numete

Fluxul magnetic al miezului este defazat cu 900 n urma tensiunii de alimentare. Curentul furnizat de sursa

de alimentare n nfurarea primar pentru producerea acestui flux magnetic, poart numele de

nfurare secundar

curent de

magnetizare

Curentul total din primar al unui transformator neconectat la sarcin, se numete

, i este i acesta defazat cu 900 n urma tensiunii de alimentare

curent de excitaie

Fluxul magnetic al miezului induce o tensiune electric n orice nfurare realizat n jurul acestuia.

Tensiunile induse sunt, ideal, n faz cu tensiunea primar (a sursei) i au aceeai form de und

, i este

compus din curentul de magnetizare plus curentul datorat pierderilor miezului feromagnetic. ntr-un

transformator real, forma de und a acestuia nu este niciodat sinusoidal

Orice curent prin secundar, datorit sarcinii, va produce un curent echivalent n nfurarea primar, curent

generat de surs, ca i cnd sursa ar fi conectat direct la sarcin

nfurarea primar

S presupunem c avem un miez

feromagnetic nchis (form

dreptunghiular) i nfurm un

conductor metalic izolat alimentat n

curent alternativ n jurul uneia dintre

laturi.

Fiindc ceea ce am realizat este de fapt o bobin, aceast nfurare n jurul miezului feromagnetic ar trebui

s se opun tensiunii aplicate datorit reactanei inductive, limitnd astfel curentul prin nfurare conform

ecuaiilor:

120

Funcionarea circuitului

Pentru a clarifica acest exemplu totui, vom analiza mai atent interaciunile ce iau natere ntre tensiune,

curent i fluxul magnetic n acest dispozitiv.

Conform legii lui Kirchhoff pentru tensiune, suma tuturor tensiunilor dintr-un circuit nchis trebuie s fie

egal cu zero. n exemplul de mai sus, putem aplica aceast lege general a electricitii pentru descrierea

tensiunilor sursei, respectiv a nfurrii. Ca n oricare circuit format dintr-o singur surs i o singur sarcin,

cderea de tensiune a sarcinii trebuie s fie egal cu tensiunea produs de surs, presupunnd c nu exist cderi de

tensiune n lungul firelor (rezistena lor este zero). Cu alte cuvinte, sarcina, reprezentat de nfurare, trebuie s

produc o tensiune de semn contrar i de aceeai amplitudine cu sursa.

Dar de unde apare aceast tensiune opus tensiunii sursei? Dac sarcina ar fi un rezistor (cazul b din

figura de mai sus), cderea de tensiune ia natere ca urmare a pierderilor sub form de cldur datorate frecrii

electronilor la trecerea prin aceast rezisten. n cazul unei bobine perfecte (rezisten zero a nfurrii), tensiunea

opus se prezint sub o alt form, i anume, reacia fa de fluxul magnetic variabil al miezului de fier. Atunci

cnd forma de und a curentului variaz, variaz i fluxul . Variaia fluxului induce un cmp electromagnetic

contrar

Relaia dintre fluxul magnetic i tensiune indus

.

unde, e = tensiunea indus instantanee (V) N = numrul de spire a nfurrii (1 pentru fir simplu) = fluxul magnetic (Wb) t = timpul (s)

Formularea relaiei matematice ntre fluxul magnetic () i tensiunea indus i este atribuit lui Michael

Faraday, i arat precum n figura alturat.

Tensiunea instantanee indus (e) n nfurare, n orice moment, este egal cu produsul dintre numrul

spirelor nfurrii (N) i variaia instantanee a fluxului magnetic (d /dt) al bobinei.

121

Formele de und

Grafic, formele de und sunt sinusoidale

(presupunnd c forma de und a sursei de

alimentare este sinusoidal), fluxul fiind defazat n

urma tensiunii cu 90o.

Tensiunea magnetomotoare

Legea lui Ohm pentru circuite electrice:

Legea lui Ohm pentru circuite magnetice:

Fluxul magnetic printr-un material feromagnetic este analog curentului printr-un conductor: trebuie s fie

mpins de o for exterioar pentru a se forma. n circuitele electrice, aceast for o reprezint tensiunea (mai

precis, tensiunea electromotoare, prescurtat tem). n circuitele magnetice, aceast for este reprezentat de

tensiunea magnetomotoare (prescurtat tmm i simbolizat prin umm).

Tensiunea magnetomotoare i fluxul magnetic se afl n strns legtur una cu cealalt prin intermediul

unei proprieti a materialelor magnetice, reluctana, concept analog rezistenei n circuitele electrice.

n exemplul de mai sus, tensiunea magnetomotoare (tmm) necesar producerii acestui flux magnetic

variabil trebuie s fie furnizat de un curent variabil prin nfurare. Tensiunea magnetomotoare generat de

nfurarea unui electromagnet este egal cu produsul dintre curentul prin nfurare i numrul de spire al

nfurri, iar unitatea de msur a tensiunii magnetomotoare este Amper-spir

Curentul de magnetizare

. Deoarece relaia matematic dintre

fluxul magnetic i tmm este direct proporional, iar relaia dintre tmm i curent este de asemenea direct

proporional, curentul prin nfurare este n faz cu fluxul magnetic:

Acesta este i motivul pentru care curentul ntr-o

bobin este defazat n urma tensiunii cu 90o:

deoarece aceasta este defazarea necesar

producerii unui flux magnetic a crui rat de

variaie poate produce o tensiune n opoziie de

122

faz cu tensiunea aplicat. Datorit funciei sale de producere a tensiunii magnetomotoare pentru miezul

feromagnetic, acest curent este cteodat numit i curent de magnetizare.

Saturaia miezului feromagnetic

Trebuie menionat faptul c acest curent prin

nfurare nu este perfect sinusoidal, iar acest

lucru se datoreaz ne-liniaritii curbei de

magnetizaie

Curentul de excitaie

(B / H) a fieru lui. Dac b ob ina este

construit ieftin, folosind ct mai puin fier cu

putin, densitatea fluxului magnetic poate atinge valori mari, aproape de saturaie, rezultatul fiind o form de und

a curentului de magnetizare ce arat aproximativ precum n figura alturat.

Atunci cnd un material feromagnetic se apropie de fluxul magnetic de saturaie, este nevoie de tensiuni

magnetomotoare din ce n ce mai mari pentru meninerea constant a creterii fluxului magnetic. Deoarece tmm

este direct proporional cu valoarea curentului prin nfurare (umm = NI), creterea foarte mare a tmm necesare

susinerii creterii fluxului duce la creteri mari ale curentului prin nfurare, pentru a putea menine forma de und

a fluxului magnetic nedistorsionat (sinusoidal).

Situaia este ns i mai complicat datorit pierderilor de energie din miezul feromagnetic. Efectul

histerezisului i al curenilor turbionari duce la accentuarea deformrii formei de und a curentului, alterndu-i att

forma sinusoidal ct i defazajul, ce va fi cu puin sub 900 n urma tensiunii. Acest curent al nfurrii constituit

din suma tuturor efectelor magnetice asupra nfurrii

nfurarea secundar

, poart numele de curent de excitaie.

Distorsionarea curentului de excitaie a unei nfurri cu miez feromagnetic (bobin) poate fi minimizat

dac aceasta este conceput i funcioneaz la densiti de flux foarte sczute. Acest lucru necesit ns un miez cu

o seciune transversal mare, ceea ce duce la costuri ridicate i un volum mare. Pentru a simplifica lucrurile ns,

vom presupune un miez feromagnetic ideal, fr pericolul saturaiei i fr pierderi, ceea ce duce la un curent de

excitaie perfect sinusoidal.

Dup cum am vzut n capitolul dedicat bobinelor, defazajul curentului fa de tensiune cu 900 creaz o

condiie n care puterea este absorbit i eliberat alternativ de la circuit la bobin i invers. Dac bobina este

perfect (rezisten zero, pierderi n miez zero, etc.), puterea disipat de aceasta va fi zero.

123

S relum exemplul de mai sus, dar introducem de

data aceast o nou nfurare n jurul aceluiai miez

feromagnetic. Ca s difereniem ntre cele dou

nfurri, prima nfurare o vom denumi

nfurarea primar sau simplu, primar, iar cea de a

doua, nfurarea secundar, sau simplu, secundar

.

Dac cea de a doua nfurare este supus unei variaii a fluxului magnetic identic cu prima nfurare, iar

numrul de spire al nfurrii este acelai cu a primei nfurri, atunci, conform principiului induciei

electromagnetice, tensiunea indus n secundar va fi egal n amplitudine i faz cu tensiunea sursei de alimentare a

primarului

n graficul alturat, amplitudinea tensiunii

induse este voit mai mic, pentru a putea face

distincie ntre aceasta i tensiunea de

alimentare.

.

Inductana mutual

unde, = tensiunea indus n secundar = curentul din primar

Acest efect al inducerii unei tensiuni ntr-o nfurare ca rspuns a variaiei curentului din cealalt

nfurare, poart numele de inductan mutual. Unitatea de msur este Henry, la fel ca inductana proprie, iar

simbolul matematic este M, n loc de L.

124

Funcionarea transformatorului

n acest moment, n nfurarea secundar nu exist curent deoarece aceasta este deschis. Dac conectm

ns un rezistor n acest circuit, curentul alternativ prin nfurare va fi n faz cu tensiunea indus.

Ne-am putea atepta ca acest curent

secundar s produc un flux magnetic

suplimentar n miezul feromagnetic. Acest

lucru nu se ntmpl ns. Dac fluxul

magnetic indus n miez ar crete, acest

lucru ar duce la creterea tensiunii induse

a nfurrii primare.

Acest lucru nu se poate ntmpla, deoarece tensiunea indus a primarului trebuie s rmn la aceeai

amplitudine i faz pentru se pstra egalitate dintre aceasta i tensiunea sursei, potrivit legii lui Kirchhoff pentru

tensiune. Prin urmare, fluxul magnetic al miezului nu este afectat de curentul din secundar

Tensiunea magnetomotoare (tmm) ia natere ori de

cte ori exist deplasare de electroni printr-un fir. De

obicei, aceast tensiune este nsoit de flux magnetic,

conform legii lui Ohm pentru circuitele magnetice,

umm = R. Dar producerea unui flux magnetic

suplimentar nu este permis n acest caz, prin urmare,

singura posibilitate de existen a tmm n secundar

implic apariia unei tmm contrare (n anti-faz), i

amplitudine egal, generate de nfurarea primar.

Acest lucru este exact ceea ce se ntmpl, i anume, formarea unui curent alternativ n nfurarea primar,

defazat cu 180o (n anti-faz) fa de curentul secundarului, pentru generarea unei tmm contrare i prevenirea

apariiei unui flux magnetic adiional prin miez.

Dei ntreg procesul pare destul de complicat, iar proiectarea transformatoarelor este un subiect complex,

cel mai important lucru de inut minte este acesta:

. Totui, ceea ce se

modific este valoarea tensiunii magnetomotoare a circuitului magnetic.

atunci cnd asupra nfurrii primare este aplicat o tensiune

alternativ, aceasta produce un flux magnetic n miezul feromagnetic ce induce la rndul su o tensiune alternativ

n nfurarea secundar, n faz cu tensiunea sursei de alimentare. Apariia oricrui curent prin secundar, la

conectarea unei sarcini de exemplu, duce la apariia unui curent similar n primar, curent meninut de sursa de

alimentare.

125

Putem observa faptul ca nfurarea primar se comport precum o sarcin fa de sursa de tensiune, iar

nfurarea secundar este echivalent unei surse de tensiune alternativ pentru rezistorul conectat la capetele

acesteia. Fa de prima situaia, de data aceasta energia nu este absorbit i eliberat tot n nfurarea primar ci

este cuplat

Observaie

cu nfurarea secundar unde este folosit pentru alimentarea sarcinii (rezistor). Din punct de vedere al

sursei, aceasta alimenteaz direct sarcina secundarului. Desigur, curentul din primar este defazat cu 900 fa de

tensiune, lucru ce nu s-ar ntmpla ntr-o alimentare direct a rezistorului.

Acest dispozitiv este cunoscut sub numele de transformator, deoarece transform energia electric n

energie magnetic i napoi n energie electric. Deoarece funcionarea acestuia depinde de inducia

electromagnetic dintre dou nfurri staionare i de variaia amplitudinii i polaritii fluxului magnetic,

transformatoarele se pot folosi doar n curent alternativ, nu i n curent continuu

Simbolul transformatorului

.

Simbolul electric al transformatorului l reprezint dou bobine (nfurarea primar i secundar)

i un miez feromagnetic comun celor dou.

2. Exemplu de funcionare

Coeficientul de cuplaj magnetic descrie ct de strns sunt cuplate cele dou nfurri ale unui

transformator

Inductana de scpri descrie acea parte a cmpului magnetic ce nu se regsete pe nfurarea secundar

Un transformator ideal transfer energia electric din primar n secundar ca i cum sarcina ar fi conectat

direct la surs

Coeficientul de cuplaj magnetic (k)

126

Putem explica funcionarea unui transformator

simplu prin intermediul unui circuit electric. Vom

considera coeficientul de cuplaj magnetic (k) ca

avnd o valoare foarte aproape de perfecie, i

anume, 0,999. Acest coeficient descrie ct de strns

cuplate sunt cele dou bobine (nfurri) una fa de

cealalt

Ambele

. Cu ct acest coeficient este mai mare (ideal,

1), cu att cuplajul magnetic dintre cele dou

nfurri, i prin urmare, i eficiena transferului de energie este mai mare.

inductane ale nfurrilor fiind egale (100 H), tensiunile i curenii pentru cele dou nfurri

sunt aproximativ egale (10 V, respectiv 10 mA). Diferena dintre curentul primar i cel secundar este defazajul de

900 dintre ele, datorat curentului de magnetizare al miezului. Valoarea acestui curent de magnetizare este foarte

mic n acest caz, fa de curentul din primar, astfel c cei doi cureni sunt aproximativi egali. Aceast eficien

mare este tipic transformatoarelor n general. Orice eficien de sub 95% este considerat mult prea mic n

proiectarea transformatoarelor

Inductana de scpri

.

Dac reducem rezistena sarcini (de la 1 k la 200 ), pentru a crete valoarea curentului n secundar,

pentru aceeai valoare a tensiunii, observm c i curentul din nfurarea primar crete. Chiar dac sursa de

tensiune alternativ nu este conectat direct la sarcin, ci este cuplat electromagnetic, valoarea curentului ce

parcurge sarcina este aproximativ aceeai cu valoarea curentului dac sarcina ar fi conectat direct la surs. n acest

caz, valoarea curenilor din nfurri va crete de la aproximativ 10 mA la 47 mA. De fapt, egalitatea celor doi

cureni este chiar mai accentuat fa de cazul precedent, deoarece curentul de magnetizare este acelai ca i n

cazul precedent. De asemenea, tensiunea din secundar a sczut puin sub influen sarcini mai mari (curent mai

mare), de la aproximativ 10 V la 9,3 V.

S vedem ce se ntmpl dac reducem i mai mult

rezistena sarcinii, pn la valoarea de 15 . Curentul

sarcinii (n secundar) este acum 130 mA, o cretere

substanial fa de cazul precedent, iar curentul

primar este aproximativ egal cu acesta. n schimb,

tensiunea prin secundar a sczut foarte mult

comparativ cu valoarea tensiunii din secundar (1,95

V n secundar fa de 10 V n primar).

127

Motivul acestei diferene se regsete n imperfeciunile transformatorului: cuplajul dintre cele dou

nfurri nu este perfect, coeficientul de cuplaj magnetic, k, fiind 0,999, nu 1. Prin urmare, exist o inductan de

scpri prezent, ceea ce nseamn ca o parte a cmpului magnetic nu se regsete pe nfurarea secundar

Acest flux de scpri doar

stocheaz i elibereaz energia

napoi n circuitul de alimentare

prin intermediul inductanei

proprii, comportamentul acesteia

fiind al unei impedane serie

conectate n ambele nfurri. Cderea de tensiunea final este redus datorit existenei unei cderi de tensiune pe

aceast impedan serie. Efectul este cu att mai pronunat cu ct curentul sarcinii crete.

i nu

poate transfera energie din aceast cauz.

Dac cuplajul magnetic dintre cele dou nfurri ar fi mai strns, de exemplu, k=0,99999 (n loc de

0,999), valorile tensiunii n cele dou nfurri ar fi din nou aproximativ egale (10 V), pstrndu-se i egalitatea

dintre cei doi cureni.

Din pcate, construirea unui transformator real, cu

un astfel de coeficient de cuplaj magnetic, este

foarte dificil. O soluie de compromis const n

folosirea unei inductane mai sczute pentru

ambele nfurri (1 H, n loc de 100 H), deoarece

o inductan mai sczut duce i la o inductan de

scpri mai sczut, oricare ar fi coeficientul de

cuplaj magnetic. Rezultatul este o cdere de

tensiune pe sarcin mult mai bun, meninnd aceeai valoare a curentului i a cuplajului.

Explicaie

Prin simpla utilizare a unei inductane mai mici pentru cele dou nfurri, cderea de tensiune pe sarcin

este din nou ideal, aproximativ 10 V, aceeai valoare cu a sursei de alimentare. Cu siguran c ne putem

ntreba, Dac tot ceea ce este necesar pentru atingerea unei performane ideale n cazul unei sarcini mari, este

reducerea inductanei, de ce s ne mai facem griji cu privire la eficiena cuplajului magnetic? Dac este imposibil

proiectarea transformatoarelor cu coeficieni de cuplaj perfeci, dar nfurrile cu inductane mici sunt uor de

construit, atunci de ce nu am construi transformatoare cu inductane mici i cuplaj sczut pentru obinerea unei

eficiene ridicate?

Pentru a rspunde acestei nedumeriri, considerm un nou circuit, n care sarcina de data aceasta este de 1

n loc de 15 , toate celelalte valori rmnnd egale. Cu inductane mai mici pentru nfurri, tensiunile din primar

128

i secundar sunt aproximativ egale (10 V), dar curenii celor dou nfurri nu sunt egali, cel din primar fiind 28,35

mA, de aproape trei ori mai mare dect cel din secundar, de doar 10 mA. De ce se ntmpl acest lucru? Cu o

inductan mult mai mic a nfurrii primare, reactana inductiv este mult mai mic, i prin urmare, curentul de

magnetizare este mult mai mare. O parte important a curentului din nfurarea primar este folosit doar pentru

magnetizarea miezului feromagnetic i nu pentru transferul de energie spre nfurarea secundar.

Transformatorul ideal

Un transformator ideal, cu nfurri primare i secundare identice, ar dezvolta aceleai cderi de tensiune

i cureni n ambele nfurri, indiferent de valoarea sarcinii. Ideal, transformatoarele ar trebui s transfere putere

electric din primar n secundar ca i cum sarcina ar fi conectat direct la surs

3. Transformatorul ridictor i cobortor de tensiune

. Acest lucru se poate realiza doar

dac exist un cuplaj magnetic perfect ntre cele dou nfurri. Din moment ce acest lucru nu este imposibil,

transformatoarele trebuiesc proiectate pentru a funciona ntre anumite valori ale tensiunii i sarcinii, valori

cunoscute dinainte, pentru a oferi maximul de eficien.

Transformatoarele sunt dispozitive utilizate la ridicarea sau coborrea tensiunii n funcie de raportul dintre

numrul spirelor nfurrilor

Un transformator proiectat s ridice tensiunea dinspre primar spre secundar (numrul spirelor din

nfurarea secundar este mai mare dect numrul celor din primar), se numete transformator ridictor de

tensiune

Un transformator proiectat s realizeze chiar opusul, coborrea tensiunii dinspre primar spre secundar

(numrul spirelor din nfurarea secundar este mai mic dect numrul celor din primar), poart numele de

transformator cobortor de tensiune

Scop

Pn n acest moment, am luat n considerare doar

cazul n care cele dou nfurri ale transformatorului

aveau inductane identice, ducnd la egalitatea

tensiunilor i a curenilor n cele dou nfurri.

Aceast egalitate ntre nfurarea primar i cea

secundar nu este ns specific tuturor

transformatoarele. Dac inductanele celor dou

129

nfurri sunt diferite, prin modificarea raportului de spire dintre cele dou, i comportamentul transformatorului

sufer modificri.

n configuraia de mai sus, tensiunea secundarului este de aproximativ

10 ori mai mic dect tensiunea din primar (1 V faa de 10 V), iar pe

de alt parte, curentul din secundar este de aproximativ 10 ori mai

mare dect curentul din primar (1 mA fa de 0.1 mA). Ceea ce avem

n circuitul de mai sus, este un dispozitiv ce coboar tensiunea de zece

ori i crete curentul cu acelai factor (cobortor de tensiune / ridictor de curent).

Definiie

Acesta este un dispozitiv extrem de folositor. Cu ajutorul acestuia se pot foarte uor multiplica sau mpri

valorile tensiunilor i ale curenilor n circuitele de curent continuu.

Inversarea alimentrii transformatorului

Un transformator ce ridic nivelul tensiunii

dinspre primar nspre secundar se numete transformator ridictor de tensiune, iar un transformator ce coboar

nivelul tensiunii dinspre primare nspre secundar se numete cobortor de tensiune.

Oricare transformator poate fi alimentat i invers, dinspre secundar spre primar, inversndu-se astfel i rolul

acestuia: transformatorul cobortor de tensiune devine ridictor de tensiune, i invers

Notaia transformatoarelor

. Totui, dup cum am precizat

n seciunea precedent, funcionare eficient a unui transformator se poate realiza doar prin proiectarea acestuia

pentru anumite valori ale curenilor i tensiunilor. Prin urmare, dac am fi s folosim un transformator invers, va

trebui s respectm parametrii iniiali pentru tensiune i curent n cazul fiecrei nfurri, altfel, transformatorul s-

ar putea dovedi extrem de ineficient, iar n cazuri extreme, operarea lui necorespunztoare poate duce la distrugerea

acestuia datorit curenilor sau tensiunilor n exces.

n general, transformatoarele sunt astfel construite nct este imposibil de spus care este nfurarea primar

i care cea secundar. O convenie folosit n industrie este notarea cu H a nfurrii cu tensiune mai nalt

(primarul, ntr-un transformator cobortor; secundarul, ntr-un transformator ridictor) i cu X a nfurrii cu

tensiune mai joas. Prin urmare, un transformator simplu ar trebui s aib notaiile H1, H2, X1 i X2.

Faptul c tensiunea i curentul sunt transformate n direcii opuse nu ar trebui s ne mire. Puterea este

egal cu produsul dintre tensiune i curent, iar transformatoarele nu pot produce putere, ci o pot doar converti.

130

Inductana nfurrilor transformatorului

unde, L = inductana nfurrii (H) N = numrul spirelor din infurare (1, pentru fir simplu) = permeabilitatea absolut a miezului magnetic A = aria nfurrii ( l = lungimea nfurrii (m)

Dac ne uitm mai atent la rezultatele obinute cu circuitul de mai sus, putem vedea o legtur ntre raportul

de transformare al transformatorului i cele dou inductane. Se observ c bobina primar are o inductan de 100

de ori mai mare dect cea secundar, iar raportul de transformare al tensiunii a fost de 10 la 1. nfurarea cu o

inductan mai mare va avea o tensiune mai mare i un curent mai mic dect cealalt.

Din moment ce ambele bobine sunt nfurate n jurul aceluiai material (pentru un cuplaj magnetic ct mai

eficient ntre ele), singurul parametru care nu este comun ambelor nfurri este numrul spirelor din fiecare

nfurare n parte. Din formula inductanei, putem observa c aceasta este direct proporional cu ptratul spirelor

nfurrii:

Astfel, putem deduce c cele dou nfurri din exemplul

de mai sus, cu un raport al inductanelor de 100:1, ar

trebui s aib un raport al nfurrilor de 10:1 (102 =

100). Acesta este exact raportul descoperit ntre valorile

tensiunilor i ale curenilor primare i secundare (10:1).

Raportul de transformare al transformatorului

unde, = numrul spirelor nfsurrii secundare = numrul spirelor nfsurrii primare

k > 1 ( transformator ridictor de tensiune k < 1 ( transformator cobortor de tensiune k = 1 ( separator electric

131

Putem spune prin urmare, c

4. Tipuri de nfurri; atutotransformatorul

raportul de transformare al unui transformator este egal cu raportul dintre numrul spirelor nfurrilor primare i secundare.

Este posibil construirea transformatoarelor cu mai mult de o singur nfurare primar i secundar.

Acest lucru permite obinerea unor raporturi de transformare variabile folosind acelai dispozitiv

Exist posibilitatea de realizare a prizelor pe nfurrile transformatoarelor: intersecia contactului

electric n puncte diferite din lungul nfurrii

Transformatoarele variabile se pot realiza folosind un contact variabil pe lungimea nfurrii, putndu-se

practic realiza prize n orice punct de pe nfurare

Un autotransformator este un transformator ce folosete o singur nfurare pentru ridicarea sau coborrea

tensiunii; fa de un transformator normal, acesta nu ofer separare electric ntre primar i secundar

Un autotransformator variabil poart numele de Variac

Transformatoare cu nfurri multiple

Nu este neaprat necesar ca transformatoarele s fie

realizate din doar dou seturi de nfurri. S

considerm circuitul alturat.

n acest caz, toate nfurrile mpart acelai miez feromagnetic, fiind cuplate magnetic ntre ele. Relaia

dintre numrul spirelor nfurrilor i raportul de transformare al tensiunilor considerat la transformatoarele cu

dou nfurri, este valabil i n acest (nfurri multipl)e. Este posibil proiectarea unui transformator precum

cel din figura de mai sus (o nfurare primar i dou nfurri secundare) n care, o nfurare secundar s fie

ridictoare de tensiune iar cealalt cobortoare. Toate circuitele sunt separate electric n acest caz.

Transformatoare cu prize

Dac n schimb, nu avem neaprat nevoie de o

separare electric a circuitelor, un efect similar poate

fi obinut i prin utilizarea prizelor n diferite puncte

ale nfurrii secundare, precum n figura alturat.

132

O priz reprezint o conexiune fcut ntr-un anumit punct de pe secundarul transformatorului

Acest lucru poate fi exploatat pentru obinerea

unui domeniu mult mai larg de raporturi de

transformare.

. Relaia

dintre numrul de spire al nfurrii i tensiunea obinut n secundar este valabil i n acest caz, pentru toate

prizele transformatorului.

Transformatorul variabil

Trecnd mai departe, putem construi un

transformator variabil, caz n care vom avea un

contact variabil ce se deplaseaz pe nfurarea

secundar

expus a transformatorului, fiind

posibil conectarea acestuia n oricare punct (priz

variabil).

Utilizarea acestor contacte variabile nu este practic n proiectarea transformatoarelor industriale de putere

mare, dar sunt totui folosite pentru ajustarea tensiunilor. n sistemele de putere, aceste ajustri de tensiune trebuie

fcute periodic pentru a veni n ntmpinarea variaiei sarcinilor de-a lungul timpului. n mod normal, aceste tipuri

de transformatoare nu sunt proiectate pentru a opera sub cureni sa sarcin, prin urmare, reglarea lor se realizeaz

doar atunci cnd transformatorul nu este alimentat

Autotransformatorul

.

Dac neglijm n totalitate separarea electric dintre nfurri, putem construi un transformator folosind

doar o singur nfurare; dispozitivul astfel creat poart numele de autotransformator.

Autotransformator ridictor de tensiune

133

Autotransformator cobortor de tensiune

Utilizarea autotransformatoarelor

Autotransformatoarele sunt folosite n principal n aplicaiile unde este nevoie de o reducere sau

amplificare mic a tensiunii pe sarcin

Principalul avantaj al unui autotransformator precum cel de mai sus, este folosirea unei singure nfurri

pentru realizarea amplificrii sau reducerii tensiunii, fiind mult mai uor de construit i mai ieftin dect un

transformator normal.

. Ca i alternativ, se poate folosi un transformator normal construit special

pentru aplicaia n cauz, sau se poate folosi un autotransformator cobortor de tensiune cu nfurarea secundar

conectat n serie, fie pentru amplificarea tensiunii sau pentru reducerea ei (anti-serie).

134

Variacul

Ca i n cazul transformatoarelor normale, se pot realiza prize i pe

nfurrile autotransformatoarelor pentru obinerea variaiei

raporturilor de transformare. Mai mult dect att, acestea pot fi

realizate cu un contact variabil, caz n care transformatoarele poart

numele de Variac.