Transformatorul ridicator si coborator de tensiune

Transformatorul ridicator si coborator de tensiune

Scop

Pana in acest moment, am luat in considerare doar cazul in care cele doua infasurari ale transformatorului aveau inductante identice, ducand la egalitatea tensiunilor si a curentilor in cele doua infasurari. Aceasta egalitate intre infasurarea primara si cea secundara nu este insa specifica tuturor transformatoarele. Daca inductantele celor doua infasurari sunt diferite, prin modificarea raportului de spire dintre cele doua, si comportamentul transformatorului sufera modificari.

In configuratia de mai sus, tensiunea secundarului este de aproximativ 10 ori mai mica decat tensiunea din primar (1 V fata de 10 V), iar pe de alta parte, curentul din secundar este de aproximativ 10 ori mai mare decat curentul din primar (1 mA fata de 0.1 mA). Ceea ce avem in circuitul de mai sus, este un dispozitiv ce coboara tensiunea de zece ori si creste curentul cu acelasi factor (coborator de tensiune / ridicator de curent).

Definitie

Acesta este un dispozitiv extrem de folositor. Cu ajutorul acestuia se pot foarte usor multiplica sau imparti valorile tensiunilor si ale curentilor in circuitele de curent continuu. Un transformator ce ridica nivelul tensiunii dinspre primar inspre secundar se numeste transformator ridicator de tensiune, iar un transformator ce coboara nivelul tensiunii dinspre primare inspre secundar se numeste coborator de tensiune.

Transformatorul de mai sus (vezi si figura alaturata) este un transformator coborator de tensiune datorita faptului ca numarul spirelor din infasurarea primara este mai mare decat cel din infasurarea secundara. Prin urmare, acesta transforma tensiunea ridicata si curentul scazut din primar in tensiune scazuta si curent ridicat in secundar. Sectiunea mult mai mare a conductorului din secundar este necesara datorita cresterii curentului fata de infasurarea primara.

Inversarea alimentarii transformatorului

Oricare transformator poate fi alimentat si invers, dinspre secundar spre primar, inversandu-se astfel si rolul acestuia: transformatorul coborator de tensiune devine ridicator de tensiune, si invers. Totusi, dupa cum am precizat in sectiunea precedenta, functionare eficienta a unui transformator se poate realiza doar prin proiectarea acestuia pentru anumite valori ale curentilor si tensiunilor. Prin urmare, daca am fi sa folosim un transformator "invers", va trebui sa respectam parametrii initiali pentru tensiune si curent in cazul fiecarei infasurari, altfel, transformatorul s-ar putea dovedi extrem de ineficient, iar in cazuri extreme, operarea lui necorespunzatoare poate duce la distrugerea acestuia datorita curentilor sau tensiunilor in exces.

Notatia transformatoarelor

In general, transformatoarele sunt astfel construite incat este imposibil de spus care este infasurarea primara si care cea secundara. O conventie folosita in industrie este notarea cu "H" a infasurarii cu tensiune mai inalta (primarul, intr-un transformator coborator; secundarul, intr-un transformator ridicator) si cu "X" a infasurarii cu tensiune mai joasa. Prin urmare, un transformator simplu ar trebui sa aiba notatiile "H₁", "H₂", "X₁" si "X₂".

Faptul ca tensiunea si curentul sunt "transformate" in directii opuse nu ar trebui sa ne mire. Puterea este egala cu produsul dintre tensiune si curent, iar transformatoarele nu pot produce putere, ci o pot doar converti.

Inductanta infasurarilor transformatorului

unde,
L = inductanta infasurarii (H)
N = numarul spirelor din infasurare (1, pentru fir simplu)
μ = permeabilitatea absoluta a miezului magnetic
A = aria infasurarii (m²)
l = lungimea infasurarii (m)

Daca ne uitam mai atent la rezultatele obtinute cu circuitul de mai sus, putem vedea o legatura intre raportul de transformare al transformatorului si cele doua inductante. Se observa ca bobina primara are o inductanta de 100 de ori mai mare decat cea secundara, iar raportul de transformare al tensiunii a fost de 10 la 1. Infasurarea cu o inductanta mai mare va avea o tensiune mai mare si un curent mai mic decat cealalta. Din moment ce ambele bobine sunt infasurate in jurul aceluiasi material (pentru un cuplaj magnetic cat mai eficient intre ele), singurul parametru care nu este comun ambelor infasurari este numarul spirelor din fiecare infasurare in parte. Din formula inductantei, putem observa ca aceasta este direct proportionala cu patratul spirelor infasurarii:

Astfel, putem deduce ca cele doua infasurari din exemplul de mai sus, cu un raport al inductantelor de 100:1, ar trebui sa aiba un raport al infasurarilor de 10:1 (10² = 100). Acesta este exact raportul descoperit intre valorile tensiunilor si ale curentilor primare si secundare (10:1).

Raportul de transformare al transformatorului

unde,
N₂ = numarul spirelor infasurarii secundare
N₁ = numarul spirelor infasurarii primare
k > 1 (N₂ > N₁) - transformator ridicator de tensiune
k < 1 (N₂ < N₁) - transformator coborator de tensiune
k = 1 (N₂ = N₁) - separator electric

Putem spune prin urmare, ca raportul de transformare al unui transformator este egal cu raportul dintre numarul spirelor infasurarilor primare si secundare.