Els transformadors són l'equip més reconeixible dels sistemes elèctrics. Són grans, distintius, senzills en principi però requereixen molt de manteniment, el que fa que semblin molt més substancials que els 'cables'. Al diagrama de la xarxa elèctrica, els transformadors són com els nodes de la columna vertebral, mentre que altres equips serveixen com a connexions.

Aquest article introduirà els components, principis, funcions, classificació i escenaris d'aplicació dels transformadors.

1.Composició d'un transformador

Un transformador està format principalment per un nucli i bobinatges.

El nucli serveix com a camí del circuit magnètic del transformador, mentre que els bobinatges són la part del circuit elèctric, fet enrotllant un cert nombre de voltes de filferro recobert-esmalt.

El connectat a la font d'alimentació s'anomena bobinatge primari, també conegut com a bobina primària. El connectat a la càrrega s'anomena bobinatge secundari, també conegut com a bobina secundària, o bobinatge secundari secundari.

Les formes bàsiques d'estructures centrals són el tipus de nucli en forma de cor-i el tipus de closca.

• Transformador de nucli{0}}en forma de cor

Les columnes d'un transformador de tipus nucli-estan envoltades de bobinatges. En poques paraules, els bobinatges envolten el nucli, fent que l'estructura sigui relativament senzilla i més fàcil de muntar i aïllar, per això els transformadors sovint utilitzen una estructura de tipus nucli-.

• Transformador tipus-shell

En un transformador de tipus carcassa-, el nucli envolta el bobinatge. Els transformadors tipus Shell-tenen una gran resistència mecànica i cantonades sobresortints, però el seu procés de fabricació és complex i requereix més materials. Normalment només s'utilitzen en transformadors de baixa-tensió, alta-intensitat o transformadors de potència de petita-capacitat.

2.Principi bàsic de funcionament d'un transformador

Un transformador funciona segons el principi de la inducció electromagnètica.

Quan es connecta una font d'alimentació de CA adequada als dos extrems del bobinatge primari, sota l'acció de la tensió d'alimentació u₁, un corrent alterna i₀ flueix a través del bobinatge primari, generant una força magnetomotriu al bobinat primari. Això excita un flux magnètic altern ϕ al nucli. Aquest flux altern ϕ enllaça tant els bobinatges primaris com els secundaris. Segons la llei de la inducció electromagnètica, les forces electromotrius induïdes e₁i e₂es generen als bobinatges primari i secundari, respectivament. Sota la influència de la força electromotriu induïda e₂, el bobinatge secundari pot subministrar energia a la càrrega, aconseguint la transferència d'energia.

La relació de les forces electromotrius induïdes en els bobinatges primaris i secundaris és igual a la relació entre el nombre de voltes en els bobinats primaris i secundaris. La magnitud de la força electromotriu induïda e₁al costat primari és a prop de la tensió aplicada u₁al costat primari, mentre que la magnitud de la força electromotriu induïda e₂al costat secundari és a prop de la tensió de sortida u₂al costat secundari.

Per tant, simplement canviant el nombre de voltes al bobinatge primari o secundari una o dues vegades, la tensió de sortida u₂es pot ajustar. Aquest és el principi de funcionament bàsic d'un transformador, que utilitza el principi d'inducció electromagnètica per convertir una font d'alimentació de CA d'un nivell de tensió en una font d'alimentació de CA de la mateixa freqüència però un nivell de tensió diferent.

2.Funcions bàsiques d'un transformador

Les funcions bàsiques d'un transformador inclouen la conversió de tensió, conversió de corrent, conversió d'impedància, aïllament i regulació de tensió.

Transformació de voltatge: els transformadors poden augmentar o disminuir la tensió del corrent altern per satisfer diferents necessitats d'electricitat. Per exemple, un transformador reductor-s'utilitza per augmentar la tensió d'una central elèctrica per reduir la pèrdua d'energia durant la transmissió, mentre que un transformador reductor-s'utilitza per reduir l'alta tensió a una tensió d'ús segur.

Transformació de corrent: en canviar la tensió, un transformador també canvia el corrent corresponent. Segons la llei de conservació de la potència, quan augmenta la tensió, el corrent disminueix, i viceversa. Aquesta característica fa que els transformadors siguin molt importants en la transmissió de potència, ja que poden gestionar eficaçment les càrregues de corrent.

Transformació d'impedància: els transformadors poden canviar la impedància d'un circuit, fent-lo més adequat per a diferents condicions de càrrega. Això és especialment important en equips d'àudio i altres dispositius electrònics, ja que pot millorar l'eficiència de la transmissió del senyal.

Aïllament: els transformadors poden proporcionar aïllament elèctric, protegint la seguretat dels equips i usuaris. Aquest aïllament pot evitar que l'alta tensió danyi els equips de baixa-tensió, garantint el funcionament segur de l'equip.

Regulació de la tensió: determinats tipus de transformadors (com ara reactors saturables) es poden utilitzar per a la regulació de la tensió, ajudant a mantenir l'estabilitat de tensió i assegurant la fiabilitat i l'estabilitat del sistema elèctric.

4.Classificació dels transformadors

4.1 Classificat per capacitat

• Transformador petit: tensió inferior a 10KV, capacitat entre 1 i 500KVA.

• Transformadors{0}}petits i mitjans: tensió de 35 kV i menys, capacitat de 630 a 6300 kVA.

• Transformadors grans: tensió de 110 kV i menys, capacitat entre 8000 i 63000 kVA.

4.2 Classificat per ús

• Transformador de potència: S'utilitza per augmentar, baixar, distribuir i interconnectar en sistemes de transmissió i distribució d'energia, o s'utilitza específicament com a transformadors per a centrals elèctriques i subestacions.

• Transformadors d'instruments: com ara transformadors de tensió i transformadors de corrent, utilitzats per a instruments de mesura i dispositius de protecció de relés.

• Transformador de potència: s'utilitza per al control d'alimentació, il·luminació i indicadors d'equips mecànics generals.

• Transformador electrònic: s'utilitza en circuits electrònics com ara fonts d'alimentació en mode interruptor-, àudio, pols i concordança d'impedància.

• Transformador de prova: capaç de generar alta tensió per dur a terme proves d'alta tensió-en equips elèctrics.

• Transformadors especials: com ara transformadors de forn elèctric, transformadors rectificadors, transformadors reguladors de tensió, etc.

4.3 Classificat pel nombre de fases dels bobinats del transformador

• Transformador-monofàsic: s'utilitza per a càrregues-monofàsiques i bancs de transformadors-trifàsics.

• Transformador-trifàsic: s'utilitza per augmentar o reduir la tensió en sistemes-trifàsics.

4.4 Classificat pel mètode de refrigeració del transformador

• Transformador de tipus sec-: refrigerat per convecció d'aire, que s'utilitza generalment per a transformadors de-capacitat petita, com ara la il·luminació local i els circuits electrònics.

• Transformador-immers en oli: un transformador que utilitza oli de transformador com a mitjà aïllant i de refrigeració, amb el nucli i els bobinatges completament immersos en l'oli aïllant.

4.5 Classificat per tipus de connexió de bobinatge del transformador

• Transformador de doble-bobinat: s'utilitza per connectar dos nivells de tensió al sistema elèctric.

• Transformador de tres-bobinats: s'utilitza generalment a les subestacions regionals del sistema elèctric per connectar tres nivells de tensió.

• Autotransformador: els bobinatges primari i secundari es combinen en un sol, s'utilitzen per connectar sistemes d'alimentació de diferents voltatges. També es pot utilitzar com a transformador normal-amunt o reduït-.

4.6 Classificat per la freqüència de funcionament del transformador

• Transformador de freqüència d'alimentació: la seva freqüència de funcionament és de 50 Hz o 60 Hz.
• Transformador de freqüència intermèdia: la seva freqüència de funcionament és de 400–1000 Hz.
• Transformador de freqüència d'àudio: la seva freqüència de funcionament és de 20Hz–20kHz.

• Transformador de freqüència supersònica: la seva freqüència de funcionament és superior a 20 kHz, generalment no supera els 100 kHz.

• Transformador d'alta-freqüència: un transformador amb una freqüència de funcionament que oscil·la entre 20 Hz i més de 100 kHz.

5.Escenaris d'aplicació dels transformadors

5.1 Sistema d'alimentació

• Centrals elèctriques: els transformadors s'utilitzen per augmentar la tensió generada pels generadors per a la transmissió a la xarxa elèctrica, permetent la transmissió d'electricitat a llarga-distància.

• Subestacions: a les subestacions, els transformadors converteixen l'electricitat d'alta -tensió en electricitat de baixa-tensió per satisfer les necessitats de diversos equips elèctrics. Al mateix temps, els transformadors també poden realitzar funcions com la compensació de potència reactiva i l'ajust de tensió, garantint el funcionament estable del sistema d'alimentació.

• Línies de transmissió: a les línies de transmissió, els transformadors s'utilitzen per augmentar la tensió per reduir la pèrdua d'energia, aconseguint una transmissió d'electricitat eficient a llarga distància{0}.

5.2 Sector Civil

• Electricitat domèstica: els transformadors de potència converteixen l'electricitat d'alta -tensió en electricitat de baixa-tensió adequada per a l'ús domèstic, garantint el consum normal d'electricitat dels residents.

• Càrrega de bateries: ja sigui un ordinador portàtil, un telèfon o un vehicle elèctric, aquests dispositius requereixen bateries per funcionar, i la càrrega de les bateries requereix un transformador. La funció principal d'un transformador és regular la tensió i evitar que els corrents de fuga o de sobretensió passin pels dispositius.

5.3 Camp de comunicació

Els transformadors de comunicació s'utilitzen en circuits de terminals telefòniques i productes de línia troncal per regular la qualitat i l'estat dels circuits de comunicació. A més, els transformadors de comunicació s'utilitzen àmpliament en mòdems per cable, targetes de xarxa, concentradors, equips de comunicació de banda ampla xDSL, commutadors, transceptors de fibra òptica, encaminadors, sistemes integrats i dispositius de comunicació de xarxa VoIP.

5.4 Altres aplicacions especials

• Equips d'àudio: els transformadors d'àudio s'utilitzen habitualment per aïllar els senyals que flueixen a través d'un circuit i ajudar a fer coincidir els valors d'impedància de la font i la càrrega. També poden eliminar senyals no desitjats o sorollosos i filtrar el senyal d'entrada. Aquests tipus de transformadors estan dissenyats específicament per gestionar senyals dins del rang audible, és a dir, senyals amb freqüències entre 20Hz i 20kHz.

• Instruments de mesura: els mesuradors de corrent, els mesuradors de tensió i altres eines i dispositius de mesura solen utilitzar transformadors per al funcionament general. Per exemple, els transformadors de corrent de mesura proporcionen la seguretat necessària per al circuit aïllant el dispositiu de mesura de la resta del circuit i suprimint o reduint corrents grans fins a valors òptims abans d'alimentar-los a l'amperímetre.

• Rectificació: els transformadors rectificadors poden convertir CA en CC, amb aplicacions com ara control de motors, mineria, forns elèctrics, laboratoris d'R+D, transmissió de CC d'alta -tensió i molt més.