Transformador de CA
La combinación de dos (o más) bobinas estacionarias con acoplamiento mutuo de inductancia se denomina transformador. El uso común de un transformador es que una bobina está conectada a la fuente de alimentación alterna y la otra bobina está conectada a la carga, y la energía producida por la fuente de alimentación se transfiere a la carga a través del campo magnético alterno. La bobina conectada a la fuente de alimentación se llama bobina primaria y la bobina conectada a la carga se llama bobina secundaria. Los circuitos donde se ubican las bobinas primaria y secundaria se denominan circuito primario (lado primario) y circuito secundario (lado secundario) respectivamente. Los voltajes (valores efectivos) de las bobinas primaria y secundaria son generalmente diferentes, de ahí el nombre del transformador. Los transformadores se pueden dividir en dos categorías: transformadores con núcleo de hierro y transformadores con núcleo de aire. El transformador central enrolla las bobinas primaria y secundaria alrededor de un núcleo de hierro (material magnético blando) y utiliza el alto valor μ del núcleo para fortalecer el acoplamiento de inductancia mutua. Se usa ampliamente en transmisión y distribución de energía, medición eléctrica, soldadura y circuitos electrónicos. . Los transformadores de núcleo de aire no tienen núcleo de hierro y las bobinas se acoplan a través de aire para evitar los efectos adversos de la no linealidad, la histéresis y las corrientes parásitas en el núcleo de hierro. Se utilizan ampliamente en circuitos electrónicos de alta frecuencia. La Figura 3-58 es el diagrama esquemático del transformador. Se supone que las líneas de inducción magnética generadas por la corriente en las bobinas primaria y secundaria del transformador están todas concentradas en el núcleo (es decir, se ignora la fuga magnética), por lo que el flujo de inducción magnética φ en cada sección transversal del núcleo es lo mismo. Debido al cambio de φ, se generará el mismo en cada vuelta de la bobina enrollada en el núcleo de hierro
Luego la fuerza electromotriz inducida total en la bobina primaria
La bobina secundaria tiene N2 vueltas, la fuerza electromotriz inducida total
El voltaje de la fuente de alimentación cambia según la ley sinusoidal, por lo que el flujo de inducción magnética φ en el núcleo también cambiará según la ley sinusoidal, suponiendo
donde φm es la intersección en el núcleo. El valor máximo del flujo de inducción magnética variable. Por lo tanto
donde ε1m=ωN1φm es el valor máximo de ε1. Su valor efectivo es
De manera similar
donde ε2m=εN2φm, que es el valor máximo de ε2. Su valor efectivo es
Entonces
es decir, el valor efectivo (o valor pico) de la fuerza electromotriz inducida en las bobinas primaria y secundaria del transformador es proporcional al número de vueltas. En un transformador real, las bobinas primaria y secundaria están enrolladas con alambre esmaltado y su resistencia r es muy pequeña, por lo que se puede omitir la caída de voltaje Ir causada por la resistencia de la bobina. De esta manera, el voltaje a través de la bobina es numéricamente igual a la fuerza electromotriz inducida en la bobina. El voltaje a través de la bobina primaria es el voltaje de entrada U1 del transformador, por lo que
U1≈ε1
Del mismo modo, el voltaje a través de la bobina secundaria es el voltaje de salida U2 del transformador aplicado. a la carga, es decir
U2≈ε2
Por lo tanto
La fórmula anterior ilustra: la relación entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida del transformador es igual a la relación entre el número de vueltas de sus bobinas primaria y secundaria. Esta es la característica más importante de un transformador. Cuando N2>N1, U2>U1, el transformador actúa como elevador; cuando N2 N1I1′=N2I2, Φ1′ y Φ2′ pueden cancelarse unos a otros. En este momento, la corriente total en la bobina primaria es I1=I1I1′. Cuando el transformador está cerca de la carga completa (es decir, la resistencia de carga es pequeña y el transformador está cerca de su corriente nominal), I1 >> I10, entonces I1≈I1′. Entonces N1I1=N2I2 Es decir, La fórmula anterior ilustra: Cuando el transformador está cerca de la carga completa, la corriente en las bobinas primaria y secundaria es inversamente proporcional a su número de vueltas. Para el transformador elevador, N2>N1, entonces I2 Este tipo de transformador se utiliza en líneas de transmisión de energía. Debido a que la pérdida de energía en una línea de transmisión es proporcional al cuadrado de la corriente, cuando se transmite energía a largas distancias, se debe usar un transformador para aumentar el voltaje y reducir la corriente. Después de que este alto voltaje se transmite a las ciudades y áreas rurales a través de líneas de transmisión de alto voltaje, se utilizan transformadores reductores para reducir paso a paso el voltaje a 380 voltios y 220 voltios para los usuarios de electricidad en general. Los transformadores de potencia suelen tener mayores capacidades. Todos ellos son grandes transformadores. Transformador de potencia Diferentes instrumentos y equipos electrónicos y diferentes partes del mismo circuito de instrumento a menudo requieren diferentes voltajes. Por ejemplo, el voltaje del filamento de un tubo de electrones es de 6,3 voltios y su voltaje. voltaje de placa Requiere 300 voltios; el voltaje de funcionamiento del colector de varios transistores es de varios voltios a decenas de voltios; el voltaje del electrodo de aceleración del tubo del osciloscopio alcanza los 3000 voltios, etc. Los transformadores de potencia se utilizan generalmente para cambiar el voltaje de la red de 220 voltios a varios voltajes requeridos. Transformador de acoplamiento El llamado acoplamiento, en física, se refiere a dos o más sistemas o dos formas de movimiento que se influyen entre sí o incluso se combinan a través de diversas interacciones como. La inductancia mutua entre dos bobinas se acopla a través de campos magnéticos. Los transformadores comúnmente utilizados para el acoplamiento entre polos en líneas de radio, como el circuito medio, el transformador de entrada y el transformador de salida de una radio, pertenecen todos a esta categoría y se denominan transformadores de acoplamiento. El transformador de acoplamiento tiene muchas funciones y también se puede utilizar para lograr la adaptación de impedancia, etc. El transformador regulador de voltaje también se llama "autotransformador". En la producción y la investigación científica, a menudo es necesario ajustar continuamente el voltaje alterno dentro de un cierto rango. El transformador utilizado para este propósito se llama transformador de voltaje. transformador regulador. Por lo general, un transformador regulador de voltaje es una bobina con un núcleo de hierro. La bobina está enrollada con alambre esmaltado de modo que el contacto deslizante c pueda moverse en cada vuelta, obteniendo así un voltaje de CA ajustable en ambos extremos cy b. Como se muestra en la Figura 3-59. Los transformadores reguladores de tensión de gran capacidad también se utilizan en líneas de transmisión para regular la tensión en la red.