¿Cómo funciona un transformador?

Un transformador está compuesto por un núcleo de hierro (o núcleo magnético) y una bobina. La bobina tiene dos o más devanados, el devanado conectado a la fuente de alimentación se llama bobina primaria, y el resto. se llaman bobinas secundarias. Puede transformar voltaje, corriente e impedancia de CA. El transformador de núcleo más simple consta de un núcleo de hierro hecho de material magnético blando y dos bobinas con diferente número de vueltas enrolladas alrededor del núcleo de hierro.

La función del núcleo de hierro es reforzar el acoplamiento magnético entre las dos bobinas. Para reducir las corrientes parásitas y las pérdidas por histéresis en el hierro, el núcleo de hierro está hecho de láminas de acero al silicio pintadas. No existe conexión eléctrica entre las dos bobinas, que están hechas de alambre de cobre aislado (o alambre de aluminio). Una bobina conectada a la fuente de alimentación de CA se llama bobina primaria (o bobina primaria), y la otra bobina conectada al aparato eléctrico se llama bobina secundaria (o bobina secundaria).

El transformador real es muy complejo e inevitablemente hay pérdidas de cobre (la resistencia de la bobina se calienta), pérdidas de hierro (el núcleo de hierro se calienta) y fugas de flujo magnético (líneas de inducción magnética encerradas en aire). Para simplificar la discusión, aquí sólo se presentan los transformadores ideales. Las condiciones para que se establezca un transformador ideal son: ignorar el flujo de fuga, ignorar la resistencia de los devanados primario y secundario, ignorar la pérdida del núcleo e ignorar la corriente sin carga (la corriente en el devanado primario cuando el devanado secundario está abierto).

Por ejemplo, cuando un transformador de potencia está funcionando a plena carga (potencia nominal de salida del devanado secundario), se acerca a un transformador ideal. Los transformadores son aparatos eléctricos electrostáticos fabricados según el principio de inducción electromagnética. Cuando la bobina primaria del transformador se conecta a la fuente de alimentación de CA, se genera un flujo magnético alterno en el núcleo de hierro, generalmente representado por φ.

φ en las bobinas primaria y secundaria es la misma, y ​​φ también es una función armónica simple, expresada como φ = φ msin ω t. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, la fuerza electromotriz inducida en la bobina. bobinas primaria y secundaria es e1=- N1dφ/dt, e2=-N2dφ/dt. donde N1 y N2 son el número de vueltas de las bobinas primaria y secundaria.

Como se puede observar en la figura, U1=-e1, U2=e2 (la cantidad física de la bobina primaria está representada por el subíndice 1, y la cantidad física de la bobina secundaria está representada por el subíndice 2), y su valor efectivo complejo es U1 =-E1 = JN1ωφ, U2 = E2. De la fórmula anterior, podemos obtener, U1/U2=-N1/N2=-k, es decir, la relación del valor efectivo de los voltajes del devanado primario y secundario del transformador es igual a su relación de vueltas, y la fase La diferencia entre los voltajes del devanado primario y secundario es π.

Entonces obtenemos U1/U2=N1/N2.

Cuando se puede ignorar la corriente sin carga, I1/I2=-N2/N1, es decir, el valor efectivo de las corrientes de la bobina primaria y secundaria es inversamente proporcional al número de vueltas, y la la diferencia de fase es π.

Además, podemos obtener I1/I2=N2/N1.

Los devanados primario y secundario de un transformador ideal tienen iguales potencias. P1=P2. Muestra que el transformador ideal en sí no tiene pérdida de potencia. Siempre hay pérdidas en los transformadores reales y su eficiencia es η=P2/P1. La eficiencia de los transformadores de potencia es muy alta y puede alcanzar más del 90%.

Datos ampliados:

Parámetros característicos del transformador:

1, frecuencia de funcionamiento

La pérdida de hierro del transformador tiene una gran relación con la frecuencia, y debe basarse en la frecuencia de uso Diseñado y utilizado, la frecuencia de uso se denomina frecuencia de funcionamiento.

2. Potencia nominal

Bajo la frecuencia y el voltaje especificados, la potencia de salida del transformador puede funcionar durante mucho tiempo sin exceder el aumento de temperatura especificado.

3. Tensión nominal

Se refiere a la tensión que se permite aplicar a la bobina del transformador, la cual no debe ser mayor que el valor especificado durante la operación.

4. Relación de voltaje

Se refiere a la relación entre el voltaje primario y el voltaje secundario del transformador, que es diferente de la relación de voltaje sin carga y la relación de voltaje con carga.

5. Corriente sin carga

Cuando el lado secundario del transformador está abierto, todavía hay una cierta corriente en el lado primario, que se llama corriente sin carga. La corriente sin carga consiste en corriente magnetizante (que genera flujo magnético) y corriente de pérdida de hierro (causada por la pérdida del núcleo). Para un transformador de potencia de 50 Hz, la corriente sin carga es esencialmente igual a la corriente de magnetización.

6. Pérdida sin carga

Se refiere a la pérdida de potencia medida en el primario cuando el secundario del transformador está en circuito abierto. La principal pérdida es la pérdida del núcleo, seguida de la pérdida (pérdida de cobre) causada por la corriente sin carga a la resistencia de cobre de la bobina primaria, que es muy pequeña.

7. Eficiencia

Se refiere al porcentaje de la relación entre la potencia secundaria P2 y la potencia primaria P1. En términos generales, cuanto mayor sea la potencia nominal del transformador, mayor será la eficiencia.

8. Resistencia de aislamiento

Indica el rendimiento del aislamiento entre los devanados del transformador y entre los devanados y el núcleo. La resistencia del aislamiento está relacionada con las propiedades del material aislante utilizado, la temperatura y la humedad.

Materiales de referencia:

Enciclopedia Baidu-Transformers