Un transformator electric este un dispozitiv esențial în infrastructura modernă, jucând un rol crucial în transportul și distribuția energiei electrice. Fără transformatoare, rețelele electrice pe care ne bazăm zilnic nu ar funcționa eficient, iar energia nu ar putea fi transportată pe distanțe mari cu pierderi minime. În acest articol, vom explora cum funcționează un transformator electric, care sunt principiile de bază ale funcționării acestuia și ce rol joacă în sistemul energetic global.

Ce este un transformator electric?

Un transformator electric este un dispozitiv static care transferă energie electrică între două sau mai multe circuite prin intermediul inducției electromagnetice. Cu alte cuvinte, el modifică nivelurile de tensiune și curent într-un sistem electric, fără a schimba frecvența. Transformatoarele sunt utilizate pentru a crește sau a reduce tensiunea (voltajul) în funcție de necesitățile de transport și distribuție a energiei electrice.

Transformatorul este format, în esență, din două bobine de sârmă (denumite și înfășurări), înfășurate în jurul unui miez magnetic. Prima bobină este conectată la sursa de alimentare (numită înfășurare primară), iar a doua este conectată la sarcina care consumă energie (denumită înfășurare secundară). Atunci când curentul electric circulă prin bobina primară, se creează un câmp magnetic variabil în jurul miezului, iar acesta induce un curent în bobina secundară, transferând astfel energia electrică de la o tensiune la alta.

Principiul de funcționare al transformatorului electric

Funcționarea unui transformator electric se bazează pe legea inducției electromagnetice a lui Faraday, care spune că o schimbare a fluxului magnetic printr-o bobină de sârmă va induce o tensiune electrică în acea bobină. În cazul transformatorului, această lege este aplicată pe ambele înfășurări: curentul alternativ din înfășurarea primară creează un flux magnetic variabil în miezul magnetic, care la rândul său induce o tensiune în înfășurarea secundară.

Inducția electromagnetică este astfel fenomenul central în funcționarea unui transformator. Acesta permite transferul energiei electrice între cele două circuite, fără contact direct între ele, prin intermediul câmpului magnetic. Este important de menționat că transformatorul funcționează doar cu curent alternativ (CA), deoarece acesta creează un câmp magnetic variabil. În cazul curentului continuu (CC), nu ar exista inducție, iar transformatorul nu ar putea funcționa.

Relația dintre tensiunea din înfășurarea primară și cea din înfășurarea secundară este dată de raportul de transformare, care depinde de numărul de spire (învârtiri de sârmă) din fiecare înfășurare. Formula de bază pentru un transformator este: Vp / Vs = Np / Ns

Unde:

  • V_p și V_s sunt tensiunile la înfășurările primară și secundară,
  • N_p și N_s sunt numărul de spire din înfășurările primară și secundară.

Dacă numărul de spire din înfășurarea secundară este mai mare decât cel din înfășurarea primară, tensiunea de ieșire va fi mai mare decât cea de intrare. Acest tip de transformator este numit transformator ridicător de tensiune. Dacă numărul de spire din înfășurarea secundară este mai mic decât cel din înfășurarea primară, tensiunea de ieșire va fi mai mică, și transformatorul va fi un transformator coborâtor de tensiune.

Componentele principale ale unui transformator electric

Pentru a înțelege mai bine cum funcționează un transformator electric, este util să ne uităm la componentele sale de bază:

1. Miezul magnetic
Miezul magnetic este realizat, de obicei, din fier laminat sau din alte materiale feromagnetice și are rolul de a concentra și ghida fluxul magnetic între cele două înfășurări. Acesta contribuie la eficiența transformatorului, reducând pierderile de energie și asigurând că fluxul magnetic este concentrat în jurul înfășurărilor.

2. Înfășurările primară și secundară
Înfășurările sunt realizate din sârmă de cupru sau aluminiu, deoarece aceste materiale au o conductivitate electrică excelentă. Curentul alternativ care circulă prin înfășurarea primară creează fluxul magnetic în miez, iar acest flux induce o tensiune în înfășurarea secundară.

3. Izolația
Transformatoarele sunt izolate pentru a preveni scurtcircuitarea între înfășurări și miezul magnetic. Materialele de izolație sunt esențiale pentru a asigura funcționarea în siguranță și pentru a preveni pierderile de energie sau deteriorarea componentelor.

4. Dispozitivele de răcire
Transformatoarele, în special cele mari, generează căldură în timpul funcționării din cauza curentului care circulă prin înfășurări. Pentru a preveni supraîncălzirea și pentru a menține performanța optimă, transformatoarele sunt echipate cu sisteme de răcire, cum ar fi ventilatoare sau circuite de răcire cu ulei. Răcirea adecvată prelungește durata de viață a transformatorului și asigură funcționarea acestuia în condiții sigure.

Tipuri de transformatoare electrice

Există mai multe tipuri de transformatoare electrice, fiecare fiind proiectat pentru a îndeplini anumite funcții în sistemele electrice. Iată câteva dintre cele mai comune tipuri de transformatoare:

1. Transformatorul de putere
Aceste transformatoare sunt utilizate în rețelele de transport de energie electrică, pentru a transforma tensiuni mari în tensiuni utilizabile la nivelul consumatorilor casnici sau industriali. Ele sunt proiectate pentru a funcționa la tensiuni foarte mari, în ordinea zecilor sau sutelor de kilovolți (kV), și sunt esențiale în transportul energiei pe distanțe mari, cu pierderi minime.

2. Transformatorul de distribuție
Aceste transformatoare sunt folosite pentru a reduce tensiunea la nivele mai mici, astfel încât să poată fi utilizată în locuințe și clădiri comerciale. De exemplu, un transformator de distribuție poate reduce tensiunea de la 10 kV la 400 V, valoare utilizată pentru alimentarea cu energie a consumatorilor finali.

3. Transformatorul de izolare
Un transformator de izolare este utilizat pentru a separa două circuite și pentru a preveni transferul nedorit de curent electric între ele. Acest tip de transformator este folosit frecvent în echipamentele electronice și în situațiile în care este necesară protecția împotriva șocurilor electrice.

4. Transformatorul de măsurare
Aceste transformatoare sunt proiectate pentru a furniza tensiuni și curenți mai mici către echipamentele de măsurare și protecție, cum ar fi contoarele de energie electrică sau releele de protecție. Ele permit măsurarea precisă a parametrilor electrici fără a perturba circuitul principal.

Eficiența și pierderile în transformatoare

Deși transformatoarele sunt extrem de eficiente, cu randamente care pot ajunge până la 98-99%, ele nu sunt complet lipsite de pierderi. Există două tipuri principale de pierderi într-un transformator:

1. Pierderi în miez (pierderi magnetice)
Aceste pierderi sunt cauzate de curenții turbionari și de fenomenul de histerezis în miezul feromagnetic. Curenții turbionari apar atunci când fluxul magnetic induce curenți electrici paraziți în miez, ceea ce duce la disiparea energiei sub formă de căldură. Fenomenul de histerezis se referă la pierderile de energie cauzate de magnetizarea și demagnetizarea ciclică a miezului în timpul funcționării transformatorului.

2. Pierderi în înfășurări (pierderi ohmice)
Aceste pierderi sunt cauzate de rezistența electrică a sârmei de cupru din înfășurări. Atunci când curentul circulă prin sârmă, o parte din energie este disipată sub formă de căldură, din cauza rezistenței sârmei.

Pentru a minimiza aceste pierderi, transformatoarele sunt proiectate cu materiale de înaltă calitate și cu măsuri de răcire eficiente. În plus, tehnologiile moderne permit monitorizarea continuă a parametrilor de funcționare pentru a optimiza eficiența și a reduce pierderile pe parcursul funcționării.

Rolul transformatoarelor în rețelele electrice

Transformatoarele sunt esențiale pentru funcționarea sistemelor electrice moderne, deoarece permit transportul energiei electrice pe distanțe mari cu pierderi minime. În momentul în care energia electrică este produsă la centralele electrice, aceasta are o tensiune relativ mică. Pentru a fi transportată eficient pe distanțe lungi, energia este transformată la tensiuni foarte mari (până la sute de kilovolți) cu ajutorul transformatoarelor de putere.

Odată ce energia ajunge aproape de punctele de consum, este necesară reducerea tensiunii pentru a putea fi utilizată în locuințe și clădiri comerciale. Aici intervin transformatoarele de distribuție, care reduc tensiunea la niveluri sigure pentru utilizatori. Astfel, transformatoarele permit un echilibru între eficiența transportului de energie și siguranța utilizatorilor finali.

Leave a Reply

MEREU LA CURENT.

SIMCO asigură logistică și expertiză pentru dezvoltarea infrastructurilor de instalații electrice interioare și exterioare de joasă, medie și înaltă tensiune, într-un sistem complex, flexibil și bine structurat.



SC SIMCO International Impex SRL
I.R.C.: J40/23573/1993
C.I.F.: RO 5158762