Un trasformatore monofase è un dispositivo elettrico che accetta alimentazione CA monofase e uscite monofase AC. Questo viene utilizzato nella distribuzione di energia nelle aree non urbane in quanto la domanda complessiva ei costi coinvolti sono inferiori rispetto al trasformatore di distribuzione trifase. Sono usati come trasformatore step-down per diminuire la tensione di casa a un valore adeguato senza un cambiamento di frequenza. Per questo motivo, è comunemente usato per elettronica di potenza elettrodomestici nelle residenze. Questo articolo discute una panoramica di un trasformatore monofase.
Cos'è un trasformatore monofase?
Definizione: PER trasformatore è un dispositivo che converte l'energia magnetica in energia elettrica. Consiste di due bobine elettriche chiamate avvolgimento primario e avvolgimento secondario. Il primario avvolgimento di un trasformatore riceve potenza, mentre l'avvolgimento secondario fornisce potenza. Un circuito di ferro magnetico chiamato 'nucleo' è comunemente usato per avvolgere queste bobine. Sebbene queste due bobine siano elettricamente isolate, sono collegate magneticamente.
Una corrente elettrica quando passa attraverso il primario di un trasformatore, viene creato un campo magnetico, che induce una tensione attraverso il secondario di un trasformatore. In base al tipo di applicazione, il trasformatore monofase viene utilizzato per aumentare o diminuire la tensione in uscita. Questo trasformatore è tipicamente un trasformatore di potenza ad alta efficienza e basse perdite. Di seguito è riportato lo schema del trasformatore monofase.
trasformatore monofase
Principio del trasformatore monofase
Il trasformatore monofase funziona secondo il principio di Legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica . Tipicamente, l'induzione reciproca tra avvolgimento primario e secondario è responsabile del funzionamento del trasformatore in un trasformatore elettrico.
Funzionamento del trasformatore monofase
Un trasformatore è un dispositivo statico che trasferisce l'energia elettrica in un circuito a un altro circuito della stessa frequenza. È costituito da avvolgimenti primari e secondari. Questo trasformatore funziona secondo il principio della mutua induttanza.
Quando il primario di un trasformatore è collegato a un'alimentazione CA, la corrente scorre nella bobina e si forma il campo magnetico. Questa condizione è nota come mutua induttanza e il flusso di corrente è conforme alla legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica. Quando la corrente aumenta da zero al suo valore massimo, il campo magnetico si intensifica ed è dato da dɸ / dt.
Questo elettromagnete forma le linee di forza magnetiche e si espande verso l'esterno dalla bobina formando un percorso di flusso magnetico. Le spire di entrambi gli avvolgimenti vengono collegate da questo flusso magnetico. La forza di un campo magnetico generato nel nucleo dipende dal numero di spire nell'avvolgimento e dalla quantità di corrente. Il flusso magnetico e la corrente sono direttamente proporzionali tra loro.
trasformatore-funzionante-monofase
Fonte: Wikimedia
Quando le linee magnetiche di flusso fluiscono attorno al nucleo, passa attraverso l'avvolgimento secondario, inducendo tensione attraverso di esso. La legge di Faraday viene utilizzata per determinare la tensione indotta ai capi della bobina secondaria ed è data da:
N. dɸ / dt
dove,
'N' è il numero di giri della bobina
La frequenza è la stessa negli avvolgimenti primari e secondari.
Quindi, possiamo dire che la tensione indotta è la stessa in entrambi gli avvolgimenti poiché lo stesso flusso magnetico collega insieme entrambe le bobine. Inoltre, la tensione totale indotta è direttamente proporzionale al numero di spire della bobina.
Supponiamo che gli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore abbiano singole spire su ciascuno. Supponendo che non ci siano perdite, la corrente scorre attraverso la bobina per produrre un flusso magnetico e indurre una tensione di un volt attraverso il secondario.
A causa dell'alimentazione CA, il flusso magnetico varia sinusoidalmente ed è dato da,
ɸ = ɸmaxSenza ωt
La relazione tra la fem indotta, E negli avvolgimenti della bobina di N spire è data da,
E = N (d∅) / dt
E = N * ω * ɸmaxcosωtφ
Emax = Nωɸmax
Erms = Nω / √2 * ɸmax= 2π / √2 * f * N * ɸmax
Erms = 4,44 fNɸmax
Dove,
'F' è la frequenza in Hertz, data da ω / 2π.
'N' è il numero di avvolgimenti della bobina
'ɸ' è la quantità di flusso in Webers
L'equazione sopra è l'equazione del trasformatore EMF. Per l'emf di un avvolgimento primario di un trasformatore E, N sarà il numero di spire primarie (NP), mentre per l'emf, E di un avvolgimento secondario di un trasformatore, il numero di spire, N sarà (NS).
Costruzione del trasformatore monofase
Un semplice trasformatore monofase ha ciascun avvolgimento avvolto in modo cilindrico su un lembo di ferro dolce separatamente per fornire un circuito magnetico necessario, che viene comunemente chiamato 'nucleo del trasformatore'. Offre un percorso per il flusso del campo magnetico per indurre tensione tra due avvolgimenti.
Come si vede nella figura sopra, i due avvolgimenti non sono abbastanza vicini per avere un accoppiamento magnetico efficiente. Pertanto, la convergenza e l'aumento del circuito magnetico vicino alle bobine possono migliorare l'accoppiamento magnetico tra gli avvolgimenti primari e secondari. Devono essere utilizzati laminati di acciaio sottili per evitare perdite di potenza dal nucleo.
In base al modo in cui gli avvolgimenti sono avvolti attorno al nucleo centrale laminato in acciaio, la costruzione del trasformatore è divisa in due tipi
Trasformatore di tipo core
In questo tipo di costruzione, solo la metà degli avvolgimenti è avvolta in modo cilindrico attorno a ciascuna gamba di un trasformatore per migliorare l'accoppiamento magnetico come mostrato nella figura seguente. Questo tipo di costruzione garantisce che le linee magnetiche di forza fluiscano simultaneamente su entrambi gli avvolgimenti. Il principale svantaggio del trasformatore a nucleo è il flusso di dispersione che si verifica a causa del flusso di una piccola proporzione di linee di forza magnetiche all'esterno del nucleo.
trasformatore di tipo core
Trasformatore a conchiglia
In questo tipo di costruzione del trasformatore, gli avvolgimenti primario e secondario sono posizionati in modo cilindrico sul lembo centrale risultando in una sezione trasversale doppia rispetto ai lembi esterni. Ci sono due percorsi magnetici chiusi in questo tipo di costruzione e il lembo esterno ha il flusso magnetico ɸ / 2 che scorre. Il trasformatore a guscio supera il flusso di dispersione, riduce le perdite del nucleo e aumenta l'efficienza.
trasformatore monofase a conchiglia
Applicazioni
Di seguito sono menzionate le applicazioni di un trasformatore monofase.
- Ridurre i segnali a lunga distanza per supportare dispositivi elettronici sia residenziali che commerciali leggeri
- Nei televisori per la regolazione della tensione
- Per aumentare la potenza negli inverter domestici
- Fornire energia alle aree non urbane
- Per isolare elettricamente due circuiti in quanto primario e secondario sono posti distanti l'uno dall'altro
Domande frequenti
1). Cosa significa una fase singola?
Un sistema o circuito monofase che genera o utilizza una singola tensione alternata
2). Le case utilizzano l'alimentazione monofase?
Generalmente, le case vengono fornite con alimentazione monofase
3). Su quali principi funziona il trasformatore monofase?
Legge di Faraday di induzione elettromagnetica e mutua induzione
4). Qual è il trasformatore 'Turns Ratio'?
NP / NS = VP / VS = n = Rapporto giri
5). Dare due usi di un trasformatore monofase
- Nei televisori per la regolazione della tensione
- Per aumentare la potenza negli inverter domestici
Pertanto, un trasformatore monofase è appropriato per dispositivi elettrici più leggeri. È meno costoso e altamente preferito fornire energia alle aree non urbane. Questo articolo sottolinea il principio di funzionamento del trasformatore , costruzione e applicazioni di un trasformatore monofase. Il lettore può apprendere in modo approfondito il trasformatore monofase da questo articolo.
