Principiul de funcționare al transformatorului

Odată cu descoperirea și începutul utilizării industriale a energiei electrice, a devenit necesar să se creeze sisteme de transformare și livrare către consumatori. Așa au apărut transformatoarele, al căror principiu de funcționare va fi discutat.

Apariția lor a fost precedată de descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică de către marele fizician englez Michael Faraday în urmă cu aproape 200 de ani. Mai târziu, el și colegul său american D. Henry au desenat o diagramă a viitorului transformator.

Transformator Faraday

Prima întruchipare a ideii în fier a avut loc în 1848 odată cu crearea unei bobine de inducție de către mecanicul francez G. Rumkorf. Au contribuit și oamenii de știință ruși. În 1872, un profesor la Universitatea din Moscova A.G. Stoletov a descoperit o buclă de histerezis și a descris structura unui feromagnet, iar 4 ani mai târziu, un inventator rus remarcabil P. N. Yablochkov a primit un brevet pentru invenția primului transformator de curent alternativ.

Cum funcționează transformatorul și cum funcționează

Transformatoarele sunt numele unei imense „familii”, care include monofazate, trifazate, trepte, trepte, măsurare și multe alte tipuri de transformatoare. Scopul lor principal este de a converti una sau mai multe tensiuni de curent alternativ în alta pe baza inducției electromagnetice la o frecvență constantă.

Deci, pe scurt, cum funcționează cel mai simplu transformator monofazat. Se compune din trei elemente principale - înfășurări primare și secundare și un circuit magnetic care le unește într-un singur întreg, pe care sunt așezate, ca să spunem așa. Sursa este conectată exclusiv la înfășurarea primară, în timp ce secundara elimină și transferă consumatorul tensiunea deja modificată.

Principiul de funcționare al transformatorului

Înfășurarea primară conectată la rețea creează un câmp electromagnetic alternativ în circuitul magnetic și formează un flux magnetic, care începe să circule între înfășurări, inducând în ele o forță electromotivă (CEM). Valoarea sa depinde de numărul de spire ale înfășurărilor. De exemplu, pentru a reduce tensiunea, este necesar să existe mai multe spire în înfășurarea primară decât în ​​secundar. Așa funcționează transformatoarele step-down și step-up.

O caracteristică importantă de proiectare a transformatorului este că circuitul magnetic are o structură din oțel, iar înfășurările, de obicei sub formă de cilindru, sunt izolate de acesta, nu sunt conectate direct între ele și au marcajele lor.

Transformatoare de tensiune

Acesta este poate cel mai numeros tip de familie de transformatoare. Pe scurt, funcția lor principală este de a face ca energia produsă în centralele electrice să fie disponibilă pentru consum de diferite dispozitive. Pentru aceasta, există un sistem de transmisie a puterii care constă din stații de transformare și linii electrice.

Inițial, energia electrică generată de centrală este alimentată la stația de transformare step-up (de exemplu, de la 12 la 500 kV). Acest lucru este necesar pentru a compensa pierderile inevitabile de energie electrică în timpul transmisiei pe distanțe lungi.

Următoarea etapă este o stație de coborâre, de unde electricitatea este alimentată printr-o linie de joasă tensiune la un transformator de coborâre și apoi către consumator sub forma unei tensiuni de 220 V.

Dar munca transformatoarelor nu se termină aici. Majoritatea aparatelor electrice de uz casnic din jurul nostru - calculatoare, televizoare, imprimante, mașini de spălat, frigidere, cuptoare cu microunde, DVD-uri și chiar becuri cu consum redus de energie - au transformatoare reduse. Un exemplu de transformator individual "de buzunar" este un încărcător de telefon mobil (smartphone).

Varietatea uriașă de dispozitive electronice moderne și funcțiile pe care le îndeplinesc corespund multor tipuri diferite de transformatoare. Aceasta nu este o listă completă a acestora: putere, impuls, sudură, izolare, potrivire, rotire, trifazate, transformatoare de vârf, transformatoare de curent, toroidale, cu tijă și cele blindate.

Ce sunt ei, transformatorii viitorului

Industria transformatoarelor este considerată a fi foarte conservatoare. Cu toate acestea, ea trebuie să țină cont și de schimbările revoluționare din domeniul ingineriei electrice, unde nanotehnologia devine din ce în ce mai vocală. La fel ca multe alte dispozitive, ele devin treptat mai inteligente.

Transformatoare SF6

Există o căutare activă pentru noi materiale de construcție - izolante și magnetice, capabile să ofere o fiabilitate mai mare a echipamentelor de transformare. Una dintre direcții poate fi utilizarea materialelor amorfe, care îi vor spori semnificativ siguranța și fiabilitatea la incendiu.

Vor apărea transformatoare explozive și ignifuge, în care clorobifenilii utilizați pentru impregnarea materialelor izolatoare electrice vor fi înlocuiți cu dielectrici lichizi netoxici, ecologici.

Transformatoare SF6

Un exemplu în acest sens sunt transformatoarele de putere izolate cu gaz, în care funcția agentului frigorific este realizată de gazul SF6 necombustibil, hexafluorura de sulf, în loc să fie departe de uleiul de transformare sigur.

O chestiune de timp este crearea de rețele electrice „inteligente” echipate cu transformatoare semiconductoare în stare solidă cu comandă electronică, cu ajutorul cărora va fi posibilă reglarea tensiunii în funcție de nevoile consumatorilor, în special, pentru conectarea regenerabilă și surse de alimentare industriale la rețeaua de domiciliu sau invers, pentru a deconecta cele inutile atunci când nu sunt necesare.

O altă zonă promițătoare sunt transformatoarele supraconductoare la temperatură scăzută. Lucrările la crearea lor au început în anii '60. Principala problemă cu care se confruntă oamenii de știință este dimensiunea uriașă a sistemelor criogenice necesare fabricării heliului lichid. Toate acestea s-au schimbat în 1986 când au fost descoperite materiale supraconductoare la temperaturi ridicate. Datorită acestora, a devenit posibilă abandonarea dispozitivelor de răcire voluminoase.

Transformator cu convertor semiconductor

Transformatoarele supraconductoare au o calitate unică: la o densitate mare de curent, pierderile din ele sunt minime, dar când curentul atinge valori critice, rezistența de la nivelul zero crește brusc.