Per quanto riguarda i trasformatori, è fondamentale padroneggiare i punti chiave!

2. Come fa il trasformatore a trasformare la tensione?

I trasformatori sono realizzati per induzione elettromagnetica. Sono costituiti da un nucleo di ferro ricoperto da lamiere di acciaio al silicio e da due serie di bobine avvolte attorno al nucleo di ferro. Il nucleo di ferro e le bobine sono isolati l'uno dall'altro senza alcun collegamento elettrico.

L'avvolgimento che collega il trasformatore all'alimentatore è chiamato avvolgimento primario (o lato primario), mentre l'avvolgimento che collega il trasformatore all'apparecchiatura elettrica è chiamato avvolgimento secondario (o lato secondario). Quando l'avvolgimento primario di un trasformatore è collegato a una sorgente di corrente alternata, nel nucleo di ferro si creano linee di forza magnetiche variabili.

Poiché l'avvolgimento secondario è avvolto sullo stesso nucleo di ferro, le linee di forza del campo magnetico lo attraversano, generando una forza elettromotrice indotta che produce una tensione a entrambe le estremità. Dato che le linee di campo magnetico sono alternate, anche la tensione dell'avvolgimento secondario è alternata, con una frequenza esattamente uguale a quella della rete elettrica.

La teoria ha confermato che il rapporto di tensione tra l'avvolgimento primario e quello secondario del trasformatore è correlato al rapporto di spire tra i due, che può essere espresso dalla seguente formula: tensione avvolgimento primario/tensione avvolgimento secondario = numero di spire avvolgimento primario/numero di spire avvolgimento secondario. Ciò significa che maggiore è il numero di spire, maggiore è la tensione. Pertanto, si può osservare che se la tensione dell'avvolgimento secondario è inferiore a quella dell'avvolgimento primario, si ha un trasformatore riduttore. Il contrario si verifica in un trasformatore elevatore.

3. Quali sono i tipi di trasformatori di cui esistono?

(1) In base al numero di fasi, esistono trasformatori monofase e trifase.

(2) In base allo scopo, esistono trasformatori di potenza, trasformatori di potenza speciali, trasformatori di regolazione della tensione, trasformatori di misura (trasformatori di tensione, trasformatori di corrente), piccoli trasformatori di potenza (per apparecchiature a bassa potenza) e trasformatori di sicurezza.

(3) In base alla struttura, esistono due tipi: tipo nucleo e tipo guscio. Le bobine hanno doppio avvolgimento e multiavvolgimento, autotrasformatori.

(4) In base al metodo di raffreddamento, si distinguono quelli a immersione in olio e quelli ad aria.

4. Quali sono i componenti del trasformatore?

I componenti dei trasformatori sono costituiti principalmente da nuclei e avvolgimenti in ferro, oltre a serbatoi d'olio, cuscinetti d'olio, manicotti isolanti e teste di presa.

5. A cosa serve l'olio per trasformatori?

(1) Effetto isolante;

(2) dissipazione del calore;

(3) Eliminare l'effetto arco.

6. Che cos'è un autotrasformatore?

L'autotrasformatore ha un solo set di bobine e la bobina secondaria è derivata dalla bobina primaria. Oltre alla trasmissione dell'induzione elettromagnetica, la bobina secondaria trasmette anche elettricità. Questo trasformatore ha più lamierini di acciaio al silicio e fili di rame rispetto ai trasformatori ordinari. Meno, spesso utilizzato per regolare la tensione.

7. Come si regola il regolatore di tensione?

La struttura del regolatore di tensione è la stessa dell'autotrasformatore, ma il nucleo di ferro è realizzato in una bobina toroidale e avvolto attorno al nucleo toroidale di ferro.

La presa secondaria della bobina utilizza un contatto a spazzola scorrevole che fa scorrere il contatto anulare lungo la superficie della bobina per ottenere una regolazione della tensione uniforme.

8. Qual è la relazione di corrente tra l'avvolgimento primario e quello secondario del trasformatore?

Quando il trasformatore è in funzione sotto carico, la variazione della corrente nell'avvolgimento secondario provoca una corrispondente variazione della corrente nell'avvolgimento primario. Secondo il principio dell'equilibrio del potenziale magnetico, la corrente degli avvolgimenti primario e secondario è inversamente proporzionale al numero di spire. Il lato con più spire ha una corrente minore, mentre il lato con meno spire ha una corrente maggiore.

Può essere espresso dalla seguente formula: corrente della bobina primaria/corrente della bobina secondaria = numero di spire della bobina secondaria/numero di spire della bobina primaria.

9. Qual è la velocità di variazione della tensione del trasformatore?

La variazione di tensione del regolatore di tensione è uno dei principali indicatori di prestazione del trasformatore. Quando il trasformatore alimenta un carico, la tensione all'estremità del trasformatore lato carico subisce inevitabilmente una diminuzione. Confrontando il valore della tensione caduta con il valore nominale, si calcola la percentuale di variazione, ovvero la variazione di tensione.

Può essere espresso dalla formula: tasso di variazione della tensione = [(tensione nominale secondaria - tensione ai terminali del carico) / tensione nominale secondaria] × 100%. Quando un normale trasformatore di potenza è collegato a un carico nominale, il tasso di variazione della tensione è compreso tra il 4 e il 6%.

10. Come assicurarsi che il trasformatore abbia una tensione di uscita nominale?

Una tensione troppo alta o troppo bassa influirà sul normale funzionamento e sulla durata del trasformatore, pertanto è necessario regolarla.

Il metodo di regolazione della tensione consiste nel predisporre diverse prese sull'avvolgimento primario e collegarle a un commutatore di prese. Quest'ultimo, ruotando i contatti, modifica il numero di spire dell'avvolgimento. Ruotando il commutatore di prese, è possibile ottenere il valore di tensione nominale desiderato. È importante notare che la regolazione della tensione dovrebbe essere effettuata di norma dopo aver scollegato il carico dal trasformatore.

11. Quali sono i trasformatori di piccole dimensioni più comunemente utilizzati? Dove vengono impiegati?

Per trasformatori di piccola taglia si intendono i trasformatori monofase con una potenza inferiore a 1 kVA, utilizzati principalmente come trasformatori di potenza per il controllo di apparecchiature elettriche, trasformatori di potenza per apparecchiature elettroniche e trasformatori di potenza per l'illuminazione di sicurezza.

12. Quali sono le perdite del trasformatore durante il funzionamento? Come si possono ridurre le perdite?

Le perdite nel funzionamento del trasformatore comprendono due componenti:

(1) è causato dal nucleo di ferro. Quando la bobina viene alimentata, a causa delle linee di campo magnetico alternate, si verificano perdite per correnti parassite e per isteresi nel nucleo di ferro, che sono collettivamente denominate perdite nel ferro.

(2) È causata dalla resistenza della bobina stessa. Quando la corrente attraversa la bobina primaria e la bobina secondaria del trasformatore, si verifica una perdita di potenza, e questa perdita è detta perdita di rame.

La somma delle perdite nel ferro e delle perdite nel rame costituisce le perdite del trasformatore, e queste perdite sono correlate alla capacità del trasformatore, alla tensione e all'utilizzo dell'apparecchiatura. Pertanto, nella scelta di un trasformatore, la capacità dell'apparecchiatura dovrebbe essere il più possibile coerente con l'utilizzo effettivo, al fine di ottimizzare il tasso di utilizzo dell'apparecchiatura, ed è importante evitare di far funzionare il trasformatore a basso carico.

13. Qual è la targhetta identificativa del trasformatore? Quali sono i principali dati tecnici riportati sulla targhetta?

La targhetta del trasformatore indica le prestazioni, le specifiche tecniche e le applicazioni del trasformatore stesso, e serve a soddisfare le esigenze di selezione dell'utente. Solitamente, i principali dati tecnici da tenere in considerazione sono:

(1) kVA di potenza nominale. Ovvero, la potenza di uscita del trasformatore nello stato nominale. Ad esempio, potenza nominale del trasformatore monofase = U linea × I linea; potenza del trasformatore trifase = U linea × I linea.

(2) Tensione nominale in volt. Sono indicate rispettivamente la tensione ai morsetti dell'avvolgimento primario e la tensione ai morsetti dell'avvolgimento secondario (quando non collegato al carico). Si noti che la tensione ai morsetti del trasformatore trifase si riferisce al valore di linea della tensione U.

(3) Corrente nominale. Si riferisce al valore della corrente di linea Iline che può passare attraverso l'avvolgimento primario e l'avvolgimento secondario per un lungo periodo di tempo nelle condizioni di capacità nominale e aumento di temperatura consentito.

(4) Rapporto di tensione. Si riferisce al rapporto tra la tensione nominale della bobina primaria e la tensione nominale della bobina secondaria.

(5) Metodo di cablaggio. I trasformatori monofase hanno un solo set di bobine ad alta e bassa tensione, utilizzabili solo in modalità monofase, mentre i trasformatori trifase sono di tipo Y/△. Oltre ai dati tecnici sopra indicati, sono indicati la frequenza nominale del trasformatore, il numero di fasi, l'aumento di temperatura, la percentuale di impedenza del trasformatore, ecc.

14. Come scegliere un trasformatore? Come determinare la capacità adeguata del trasformatore?

Innanzitutto, è necessario verificare la tensione di alimentazione del luogo in cui viene utilizzata l'elettricità, il carico elettrico effettivo dell'utente e le condizioni ambientali del luogo, per poi selezionare, uno per uno, il trasformatore in base ai dati tecnici indicati sulla targhetta. In generale, è opportuno considerare complessivamente la potenza, la tensione, la corrente e le condizioni ambientali del trasformatore. Tra questi fattori, la scelta della potenza deve essere effettuata in base alla potenza, alla natura e al tempo di utilizzo delle apparecchiature elettriche dell'utente, al fine di determinare il carico richiesto.

Durante il normale funzionamento, il carico di potenza del trasformatore dovrebbe essere pari a circa il 75-90% della sua capacità nominale. Se durante il funzionamento si misura che il carico effettivo del trasformatore è inferiore al 50%, il trasformatore di piccola capacità deve essere sostituito. Se la capacità nominale del trasformatore è superiore alla sua capacità nominale, il trasformatore di grande capacità deve essere sostituito immediatamente.

Allo stesso tempo, nella scelta del trasformatore, il valore di tensione dell'avvolgimento primario viene determinato in base alla tensione di rete, mentre il valore di tensione dell'avvolgimento secondario viene scelto in base all'apparecchiatura elettrica. È preferibile optare per un'alimentazione trifase a quattro fili a bassa tensione, in grado di fornire contemporaneamente alimentazione elettrica e illuminazione.

Per la selezione della corrente, occorre notare che il carico deve essere in grado di soddisfare i requisiti del motore all'avvio (poiché la corrente di spunto del motore è da 4 a 7 volte maggiore di quella di funzionamento a regime).

15. Perché il trasformatore non può essere sovraccaricato?

Il funzionamento in sovraccarico si riferisce al funzionamento del trasformatore quando la corrente supera il valore specificato sulla targhetta.

Il sovraccarico si divide in sovraccarico normale e sovraccarico accidentale. Il primo si riferisce all'aumento del consumo di energia dell'utente in condizioni di alimentazione normali. Spesso provoca un aumento della temperatura del trasformatore, accelera l'invecchiamento dell'isolamento e ne riduce la durata. Pertanto, il funzionamento del trasformatore in condizioni di sovraccarico non è consentito.

In circostanze particolari, il sovraccarico del trasformatore in un breve lasso di tempo non deve superare il 30% del carico nominale (in inverno) e non deve superare il 15% in estate.

16. Che tipo di test deve eseguire il trasformatore durante il funzionamento?

Per garantire il corretto funzionamento del trasformatore, è necessario eseguire frequentemente i seguenti test:

(1) Test della temperatura. La temperatura è molto importante per determinare se lo stato di funzionamento del trasformatore è normale o meno. Le normative stabiliscono che la temperatura dell'olio superiore non deve superare gli 85°C (ovvero, l'aumento di temperatura è di 55°C). Generalmente, i trasformatori sono dotati di appositi dispositivi di misurazione della temperatura.

(2) Misurazione del carico. Al fine di migliorare il tasso di utilizzo del trasformatore e ridurre la perdita di energia elettrica, durante il funzionamento del trasformatore è necessario determinare la capacità di alimentazione che il trasformatore può effettivamente sopportare. Le misurazioni vengono solitamente effettuate durante il periodo di picco del consumo di elettricità in ogni stagione e si utilizza un amperometro a pinza per la misurazione diretta. Il valore della corrente dovrebbe essere compreso tra il 70% e l'80% della corrente nominale del trasformatore. Se la supera, significa che è sovraccarico e deve essere regolato immediatamente.

(3) Misura della tensione. Le normative richiedono che l'intervallo di variazione della tensione sia entro ±5% della tensione nominale. Se questo intervallo viene superato, è necessario utilizzare delle prese per regolare la tensione e riportarla entro l'intervallo specificato. Generalmente, si utilizza un voltmetro per misurare rispettivamente la tensione ai terminali dell'avvolgimento secondario e la tensione ai terminali dell'utente finale.

(4) Misurazione della resistenza di isolamento. Per mantenere il trasformatore in un normale stato di funzionamento, è necessario effettuare la misurazione della resistenza di isolamento per prevenire l'invecchiamento dell'isolamento e gli incidenti. Durante la misurazione, cercare di arrestare il funzionamento del trasformatore e utilizzare un vibratore per misurare il valore della resistenza di isolamento del trasformatore. È necessario che la resistenza misurata non sia inferiore al 70% del valore misurato in precedenza. Quando si seleziona il vibratore, la bobina a bassa tensione può utilizzare un livello di tensione di 500 volt.