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個人分類：學術研究

Mar 28 Sat 2009 11:06
日本語変圧器 www.tool-tool.com

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変圧器（へんあつき、transformer）は、交流電力の電圧の高さを電磁誘導を利用して変換する電力機器・電子部品である。変成器（へんせいき）、トランスとも呼ぶ。

交流電圧の変換（変圧）、インピーダンス整合、平衡系-不平衡系の変換に利用する。

発・変電所の大型変圧器

理論 [編集]

原理 [編集]

変圧の基本原理

入力巻線（一次巻線）の交流電流により変化する磁場を発生させ、それを相互インダクタンスで結合された出力巻線（二次巻線）に伝え、再び電流に変換している。

変圧器によって電圧を変更することを変圧（へんあつ）といい、電圧を上昇させることを昇圧（しょうあつ）、逆に下降させることを降圧（こうあつ）という。

変圧比 [編集]

一次電圧 V₁ と二次電圧 V₂ の比を変圧比（へんあつひ）という。また、一次巻数 N₁ と二次巻数 N₂ の比を巻数比（まきすうひ）または変成比（へんせいひ）という。理想的な変圧器の場合、変圧比と巻数比は等しい。

$\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2}$

変流比 [編集]

一次電流 I₁ と二次電流 I₂ の比を変流比（へんりゅうひ）という。変流比は、変圧比および巻数比の逆数に等しい。

$\frac{I_1}{I_2} = \frac{V_2}{V_1} = \frac{N_2}{N_1}$

励磁電流 [編集]

鉄心に主磁束を形成する電流が励磁電流（れいじでんりゅう）である。理想的な変圧器では、励磁電流の位相は一次電圧よりも 90° 遅れる。実際には鉄心の磁気飽和やヒステリシスにより励磁電流の波形は主に奇数次の高調波ひずみを含む。

損失 [編集]

無負荷損（鉄損）: 通電（励磁）している場合負荷の大きさに関係なく生じる損失。
負荷損 : 負荷電流の2乗にほぼ比例する損失である。
- 銅損 : 巻線の電気伝導体の電気抵抗によるジュール損。
- 漂遊負荷損 : 漏れ磁束による変圧器各部に生ずる渦電流損。

設計 [編集]

定格 [編集]

定格周波数
定格容量
定格一次電圧
定格二次電圧

タップ電圧
定格一次電流
定格二次電流
角変位

鉄心・巻線 [編集]

変圧器の内部

一次回路と二次回路を相互インダクタンスで結合する磁気回路として、通常は鉄心が用いられる。高周波用には鉄心を有しないものもあり原理的には変圧器と同じであるが、一般にコイルと呼ばれる。

変圧器の鉄心には鉄損が少なく、飽和磁束密度・透磁率の大きい材料が適しており、ケイ素鋼板が多く用いられ、特定の方向に磁化し易い方向性鋼板が採用されることも多い。また、特に損失の低減を図る目的でアモルファス磁性材料が用いられることもある。

渦電流損を低減させるため、表面を絶縁処理した薄い鋼板を積層したものや、帯状に圧延した鋼板を巻いた巻鉄心などがある。

巻線には絶縁被覆を有する軟銅線が用いられる。断面形状は一般的なものでは丸形だが、大型用は導体断面積を大きくできる角形となっている。一般には一次巻線を巻いた上に二次巻線を重ねる積層巻が行われるが、特に、信号用・高周波用変成器のように一次・二次の密な結合が必要な場合は、一次・二次の巻線を1本ずつ交互に配置するバイファイラ巻なども行われる。

また、複数の二次電圧が必要な場合や電圧の調整が必要な場合は、巻線の途中からタップと呼ばれる端子が取り出される。

鉄心と巻線の配置は以下の二種類ある。

内鉄形

鉄心の周りに低圧巻線、その周りに高圧巻線を配置する、同心円配置が多い。
鉄心より巻線が多くなり、銅機械となる。
絶縁のため高電圧に用いられる。

外鉄形

巻線の周りに鉄心を配置したものである。
鉄心の周りに低圧巻線・高圧巻線を交互に配置する、交互配置が多い。
巻線より鉄心が多くなり、鉄機械となる。

絶縁物の種類 [編集]

油入変圧器 : シリコーン油・鉱油
モールド変圧器 : 合成樹脂モールド
- 耐熱クラス H（H種）乾式変圧器 : 空気
ガス変圧器 : 六フッ化硫黄 (SF₆) ガス

保安装置 [編集]

機械的保護

ブッフホルツ継電器
衝撃油圧継電器
温度継電器

電気的保護

変圧器の結線と種類 [編集]

単相変圧器 [編集]

単相交流を入出力とするものである。

三相変圧器 [編集]

三相交流を入出力とするものである。

三相変圧器の結線

結線
線間電圧/相電圧
線電流/相電流
中性点接地
角変位
特徴・用途

Δ - Δ
1
√3倍
不可
無
低電圧の回路で用いられる。

Y - Y
√3倍
1
一次、二次とも可能
無
鉄芯の磁気飽和による高調波電圧により誘導起電力が歪むためY - Y - Δ結線が用いられることが多い。

Y - Y - Δ
√3倍
1
一次、二次とも可能
無
Δ結線の三次巻線に第三調波を流し誘導起電力を正弦波とする。三次巻線が計測用に用いられることもある。

Y - Δ
一次:√3倍
二次:1
一次:1
二次:√3倍
一次のみ可能
有
降圧に適しているため受電端に用いられる。

Δ - Y
一次:1
二次:√3倍
一次:√3倍
二次:1
二次のみ可能
有
昇圧に適しており、二次側の中性点接地が可能なため送電端に用いられる。

V - V
1
√3倍
不可
無
配電用柱上変圧器など。利用率が小さい。
Δ - Δ結線で1相が故障した場合の応急用にも用いられることがある。

スコット結線変圧器 [編集]

三相交流から90度の位相差の2組の単相交流を出力するもので、2つの巻線を持つ。

一つの一次巻線の巻数をもう一方の巻線の $\frac{\sqrt{3}}{2}$ 倍としている。

鉄道の交流き電用変電所などに用いられる。

2次側巻線が2組あり、単相交流が2組出るタイプが一般的である。効率が悪くなるが、2つの出力を直列にして両端で単相1組とする事も出来る。注意点として、2つの出力の位相が90度異なるため、電圧が2倍ではなく1.4倍になる事が挙げられる。各々10KVAの容量があるスコット結線変圧器では、単相1回路結線した場合、14KVAの容量しか得られないため体積効率が悪く、非常用発電回路など小規模な設備に限って使われる。

ウッドブリッジ結線変圧器 [編集]

一次側はY巻線とし、二次側は2つのΔ巻線を背中合わせに接続した変圧器で、スコット結線と同様に三相交流から90度の位相差の2組の単相交流が得られるが、電圧を揃えるため一方の二次回路に単巻変圧器が併置される。また、ウッドブリッジ結線の2つのΔ巻線と、外付けの単巻変圧器を一体化したものを変形ウッドブリッジ結線という。

多量の電力を扱う新幹線の交流き電用変電所では220kV系以上の超高圧送電線から受電しているが、保安上、一次回路の中性点接地が必要なため、変形ウッドブリッジ結線変圧器が用いられている。

単巻変圧器 [編集]

可変単巻変圧器

巻線の一部を一次と二次側とで共用するものである。オートトランス (automatic transformer) ともいう。共通部分を分路巻線（ぶんろまきせん）、そうでない部分を直列巻線（ちょくれつまきせん）という。

一次・二次電圧のうち高い方をV_H・低い方をV_Lとした場合、一次・二次巻線を有する通常の変圧器に比べ、単巻変圧器は(V_H-V_L)/V_H倍の容量で足りることとなり、メリットは変圧比(V_H/V_L)が1に近いほど顕著となる。

分路巻線に流れる電流は、一次側と二次側の差となるので巻数比が小さいほど細くできる。
分路巻線は漏れ磁束が無く、漏れリアクタンスが小さく、電圧変動率も小さくなる。
入力電圧と出力電圧との差の少ない用途に適する。
一次側と二次側を電気的に絶縁できない。

このような特徴から、単巻変圧器は長距離配電線の電圧降下補償などに用いられている。なお、三相交流の場合、Δ - Δ接続の単巻変圧器は一次・二次間に位相差が生じるので注意が必要である。

また、巻線に接触させた可動式摺動子から出力を取り出すことで電圧を可変できる単巻変圧器は俗にスライダックと呼ばれる（スライダック―SLIDACは東芝の登録商標。なお東芝はスライダックの生産を終了し、現在残っている単線変圧器はYAMABISHIの「ボルトスライダー」のみ）。最近は、重量や価格の点で半導体による電圧調整装置が用いられることも多いが、出力電圧が波形ひずみを殆ど含まないことは、単巻変圧器の大きな特長である。

磁気漏れ変圧器 [編集]

磁気漏れ変圧器

磁気漏れ変圧器は一次・二次巻線を別々の区画に離して巻き、これに漏れ磁束のための磁気回路を設けたものである。負荷電流が増加しようとすると漏れ磁束の増加で電圧が低下し、負荷が変動しても電流が一定に保たれる。漏れインダクタンス（漏れインピーダンスの）値が大きいトランスである。蛍光灯用磁気安定器・ネオン管用変圧器・アーク溶接用変圧器・電子レンジ（マグネトロン）安定用変圧器などに用いられる。

共振変圧器 [編集]

共振変圧器は磁気漏れ変圧器の一種であり、二次巻線に並列に共振コンデンサを接続し、共振を起こさせるトランスである。磁気漏れ変圧器の漏れインダクタンスと共振コンデンサとが直列共振回路を形成して昇圧する。変圧比（昇圧比）が一定せず、負荷によって変圧比（昇圧比）が変動する。電子式蛍光灯安定器（蛍光灯インバータ）・電子式ネオン管安定器・冷陰極管用インバータ・テスラコイル（放電用）などに用いられる。

運用 [編集]

変圧器の並行運転 [編集]

変成器 (電子部品) [編集]

小型変成器

変成器（へんせいき）とは、電磁誘導を利用して複数の巻線の間でエネルギーの伝達を行う電子部品である。トランスとも呼ばれる。

変圧器と構造、動作原理はほぼ同じであるが、用途が異なるため電子部品として用いられるものをこの節で説明する。

概要 [編集]

トランスの1次側と2次側の巻数比に対して、電流比＝巻数比、インピーダンス比＝巻数比²の関係が成り立つ。

トランジスタなどの増幅回路に用いるトランスには、用途別に入力トランス、段間トランス、出力トランスの3種類がある。ただしこれらの分類はインピーダンスの公称値に対してメーカーが推奨する用途を定めたものであるため、耐電力などの条件を満たせば転用も可能である。トランジスタ用の小型トランスは山水電気のST-○○（2桁の数字）が定番と言えるもので、他社製のトランスもこれに準ずる型番を付けている製品が多い。

種類 [編集]

入力トランス: 入力機器（マイクロホン、センサ）などと増幅回路のインピーダンス整合を行うトランスが入力トランスである。; マイクロホンの入力の場合は、マイクロホンの出力端子の2本をアースから独立させて入力トランスの1次側に接続し、2次側をアンプの入力に接続する構造を採っている。2本の信号ラインに対して同相で混入した外部からのノイズ、ハムは入力トランスを通過しないので、長い配線を行っても高いS/N比が得られる。平衡接続参照。
段間トランス: 増幅回路の出力と次段の入力のインピーダンス整合を行うトランス。B級プシュプル増幅回路などで、正負の2入力が必要な場合に、センタータップ付きのトランスが用いられる。IC、およびトランスを用いないSEPP回路などが主流になったため、近年はあまり見られない。
出力トランス: スピーカーのインピーダンスは4～32Ω程度と極めて低いので、出力インピーダンスが高い真空管を用いた増幅回路、およびエミッタ接地回路によるトランジスタ増幅回路でスピーカーを駆動するには、1次側が数100Ω～数kΩ、2次側をスピーカーのインピーダンスに合わせた出力トランスを用いる。1次側の直流分（バイアス成分）を除く（２次側に現れないようにする。直流分カットと言うことがある。）ことにもなるので、負荷の保護の役割も兼ねる。
電流変成器（カレントトランス）: 電流の測定において分流器を用いる場合、抵抗による熱損失などが問題となるため、大電流の交流や高周波を扱うには適切な方法ではない。そこで分流器の代わりにトランスが用いられる。; 電力回路では計器用変流器 (CT) がこれに相当する。; 注意点としては通電中は決して2次側の端子を開放しないことである。間違えて通電中に開放すると2次側端子に数千ボルトの高電圧が発生し、機器焼損や感電などの人身事故を引き起こす危険があるためである。
伝送線路トランス: 伝送線路の全体をコアに巻き、磁気回路を形成したものである。通常のトランスと動作原理は全く異なるが、トランスの一種として考えられる。伝送線路の2本の電線に対して同位相の電流は通過することができないので、電波障害の防止や平衡系-不平衡系の変換など様々な用途に用いられる。
低周波トランス（LFT）: stub
中間周波トランス（IFT）: stub
高周波トランス（RFT）: 'stub

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n
rapporto di trasformazione

Mar 28 Sat 2009 10:43
Italiano Trasformatore www.tool-tool.com

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Simbolo circuitale del trasformatore

Il trasformatore è una macchina elettrica statica (perché non contiene parti in movimento) appartenente alla categoria più ampia dei convertitori. In particolare il trasformatore consente di convertire i parametri di tensione (simbolo V unità di misura [V] volt) e corrente (simboli I unità di misura [A] ampere) in ingresso rispetto a quelli in uscita, pur mantenendo costante la quantità di potenza elettrica (a meno delle perdite per effetto dell'isteresi e delle correnti parassite). Il trasformatore è una macchina in grado di operare solo in corrente alternata, perché sfrutta i principi dell'elettromagnetismo legati ai flussi variabili.
Il trasformatore ha importanza fondamentale nel mondo di oggi: senza di esso le grandi reti di trasporto dell'energia elettrica che collegano le centrali elettriche a milioni di industrie e di case non potrebbero funzionare. E' stato uno dei motivi principali della vittoria della corrente alternata di Tesla nella famosa guerra delle correnti contro Edison.

Introduzione [modifica]

Le enormi quantità di energia elettrica richieste dalla società moderna fanno sì che questa debba essere prodotta in grandi quantità presso centri di produzione denominati centrali elettriche. Un parametro utile per determinare la dimensione e la quantità di energia prodotta da una centrale è la potenza (simbolo P unità di misura W) la quale può variare dalle decine di kW (1 kW = 1000 W) di piccole centrali idroelettriche o solari alle centinaia di MW (1 MW = 1.000.000 W) delle grandi centrali termoelettriche e nucleari. Questa energia deve essere trasportata anche per centinaia di km. La potenza elettrica è legata in maniera diretta ai parametri di tensione e corrente, secondo la formula

$P = V I \cos \phi \,$

dove $\cos \phi\,\!\!$ , detto fattore di potenza, è il correttivo dovuto allo sfasamento.

Trasformatore di media tensione su palo in una zona rurale. Alla sommità del palo si vede l'arrivo dei tre fili della media tensione con isolatori in vetro,appena sotto si vedono gli scaricatori per le sovratensioni di origine atmosferica, alla cui altezza partono anche due cavi di uscita verso le utenze in bassa tensione. A sinistra sopra il trasformatore è visibile il serbatoio dell'olio di raffreddamento.

Ciò significa che a parità di potenza aumentando la tensione V diminuisce la corrente I (e si deve mantenere $\cos \phi \,$ più vicino possibile al valore unitario. (Vedi la voce Rifasamento). Ciò è molto importante in quanto la corrente I genera al suo passaggio nei conduttori elettrici calore (Effetto Joule), più la corrente è alta e più calore si genera; per ovviare a questo bisogna aumentare la sezione dei conduttori, ma viene da sé che c'è un limite economico e tecnologico nel dimensionamento delle linee elettriche, legato anche al fenomeno della caduta di tensione delle linee stesse. Al fine quindi di abbassare la corrente I si effettua una trasformazione aumentando la tensione V a parità di potenza P. Naturalmente diminuendo le distanze da percorrere e la potenza da trasportare viene anche meno l'esigenza di avere tensioni alte, se a questo si associa l'altra esigenza che è quella di avere per l'uso domestico e industriale un livello di tensione compatibile con le esigenze di sicurezza ne conviene che dalla produzione alla distribuzione è opportuno effettuare un numero adeguato di trasformazioni verso tensioni più basse.
La macchina che si occupa di effettuare tali trasformazioni è appunto il trasformatore. A titolo di esempio citiamo alcune delle tensioni tipiche di esercizio degli impianti elettrici ovvero:

230 V - tensione per usi domestici
400 V - tensione per uso industriale
15/20 kV (15.000 ÷ 20.000 V) tensione di esercizio delle reti elettriche di distribuzione secondaria (Lunghezza alcune decine di km)
132/150/220/380 kV tensione di esercizio delle linee elettriche di distribuzione primaria (Lunghezza alcune centinaia di km)
0,5/1 MV tensione di esercizio delle linee elettriche di interconnessione su lunghissime percorrenze (Lunghezza alcune migliaia di km)

Invenzione [modifica]

Fra le principali tappe che hanno portato all'attuale trasformatore ricordiamo:

Michael Faraday inventò il 29 agosto 1831 l'anello a induzione, il primo trasformatore. Egli lo usò però solamente per dimostrare i principi dell'induzione elettromagnetica e non ne intravide un uso pratico.
Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs presentarono a Londra nel 1881 un dispositivo chiamato generatore secondario e vendettero l'idea alla società americana Westinghouse. Fu il primo trasformatore di uso pratico, ma impiegava un nucleo lineare, abbandonato poi in favore del nucleo circolare. Fu anche presentato a Torino nel 1884, dove fu adottato per un sistema di illuminazione.
William Stanley, un ingegnere della Westinghouse, costruì un modello di trasformatore nel 1885 dopo che George Westinghouse acquistò l'invenzione di Gaulard e Gibbs. Egli utilizzò per il nucleo due ferri sagomati a forma di E ed il modello entrò in commercio nel 1886.
Ottó Bláthy, Miksa Déri e Károly Zipernowsky, ingegneri ungheresi della società Ganz di Budapest svilupparono nel 1885 un efficiente modello "ZBD" basato sul progetto di Gaulard e Gibbs.
Nikola Tesla nel 1891 inventò la bobina di Tesla, un trasformatore risonante con avvolgimenti sintonizzati in aria per produrre altissime tensioni ad alta frequenza.

Costruzione e principio di funzionamento [modifica]

Schema di principio

Il trasformatore più semplice è costituito da due conduttori elettrici (solenoidi) avvolti su un anello di materiale ferromagnetico detto nucleo magnetico. L'avvolgimento al quale viene fornita energia viene detto primario, mentre quello dalla quale l'energia è prelevata è detto secondario. I trasformatori sono macchine reversibili, per cui questa classificazione non corrisponde ad un avvolgimento fisico unico.

Quando sul primario viene applicata una tensione elettrica alternata sinusoidale, per effetto dell'induzione magnetica si crea nel nucleo un flusso magnetico con andamento sinusoidale. Per la legge di Faraday-Neumann-Lenz, questo flusso variabile induce nel secondario una tensione sinusoidale.

La tensione prodotta nel secondario è proporzionale al rapporto tra il numero di spire del primario e quelle del secondario secondo la relazione:

$\frac{V_p}{V_s}=\frac{N_p}{N_s}=k_0$

dove V_p è la tensione applicata sul primario, V_s la tensione indotta sul secondario, N_p il numero di spire del primario e N_s il numero di spire del secondario, k₀ è chiamato rapporto di trasformazione.

Per una tensione sinusoidale di ampiezza massima E_m il valore efficace E vale:

$E = \frac{E_m}{\sqrt{2}}$

Trascurando le perdite, la relazione tra tensione, numero di spire, intensità di flusso e sezione del nucleo è data dalla relazione:

$E = \frac{\omega}{\sqrt{2}} N S B = \frac{2\pi}{\sqrt{2}} f N S B = 4.44 f N S B$

Dove E è il valore efficace (RMS) della tensione indotta, f è la frequenza in Hertz, N è il numero di spire dell'avvolgimento al quale si fa riferimento, S è la sezione del nucleo (in m²) e B è il valore dell'induzione in Tesla.

Dal trasformatore ideale al reale [modifica]

Per trasformatore ideale in figura si assume la convenzione degli utilizzatori alla porta 1 (primario) e quella dei generatori alla porta 2 (secondario). Questo è governato dalle equazioni simboliche:

$\begin{cases} U_1 = k_0 U_2 \ I_1 = {1 \over k_0} I_2 \end{cases}$

dove k₀ è il rapporto di trasformazione.

Un trasformatore reale approssima quello ideale quando:

la riluttanza del nucleo è nulla (cioè, la permeabilità del nucleo è infinita)
le perdite nel nucleo sono nulle (cioè, le perdite nel ferro per correnti parassite e isteresi magnetica)
gli avvolgimenti hanno accoppiamento perfetto (assenza dei flussi dispersi)
le resistenze degli avvolgimenti sono nulle (assenza delle perdite per effetto Joule)

Riluttanza del nucleo non nulla [modifica]

Usiamo l'ipotesi di accoppiamento perfetto cosi da concatenare lo stesso flusso di induzione magnetica:

$\begin{cases} \Phi_{c1} = N_1 \Phi_t \ \Phi_{c2} = -N_2 \Phi_t \end{cases}$

Le tensioni ai morsetti coincidono con le f.e.m. indotte valgono:

$\begin{cases} U_1= E_1= j \omega \Phi_{c1} = j \omega N_1 \Phi_t \ U_2= E_2= -j \omega \Phi_{c2} = j \omega N_2 \Phi_t \end{cases}$

Considerando il funzionamento a vuoto, posso scrivere:

$N_1 I_{1 \mu} = \mathfrak{R} \Phi_t$

con I_1μ detta corrente di magnetizzazione. Possiamo ricavare:

$U_1 = j \omega N_1 \Phi_t = j \omega { N_1^2 \over \mathfrak{R}} I_{1 \mu} = j \omega L_1 I_{1 \mu } = j X_{10} I_{1 \mu }$

da cui considerando il funzionamento a carico, per il secondo principio di Kirchhoff

$N_1 I_1 - N_2 I_2 = \mathfrak{R} \Phi_t$

risolvendo e sostituendo la precedente equazione ottengo:

$I_1 = I_{1 \mu} + { N_2 \over N_1} I_2$

quindi la relazione che lega tensioni e correnti del trasformatore ideale diviene:

$\begin{cases} U_1 = n U_2 \ I_1 = I_{1 \mu} + {1 \over n} I_2 = I_{1 \mu} + I_{12} \end{cases}$

Perdite nel nucleo non nulle [modifica]

Oltre alla corrente di magnetizzazione va aggiunta la componente dovuta a perdite per isteresi e correnti parassite detta corrente a vuoto:

$I_{10} = I_{1 \mu} + I_{1a} \,\!$

così la relazione che lega tensioni e correnti del trasformatore ideale diviene:

$\begin{cases} U_1 = k0 U_2 \ I_1 = I_{10} + {1 \over n} I_2 = I_{10} + I_{12} \end{cases}$

Per considerare le perdite per isteresi e correnti parassite che si producono nel nucleo.

Accoppiamento non perfetto tra gli avvolgimenti [modifica]

L'accoppiamento imperfetto tra gli avvolgimenti è dovuto a linee di flusso che abbandonano il nucleo per richiudersi attraverso percorsi in aria, si avranno cosi altri 2 flussi:

flusso di dispersione al primario Φ_1d
flusso di dispersione al secondario Φ_2d

posso definire:

reattanza di dispersione a primario $X_1 = \omega L_1 = { N_1 \Phi_{1d} \over I_1}$
reattanza di dispersione a secondario $X_2 = \omega L_2 = { N_2 \Phi_{1d} \over I_2}$

Resistenza degli avvolgimenti non nulle [modifica]

Considera la resistenza dei conduttori che costituiscono gli avvolgimenti R₁ e R₂ poste in serie con le perdite per accoppiamento non perfetto.

Schema completo equivalente [modifica]

Eliminate tutte le ipotesi di idealità, le f.e.m. indotte dal solo flusso di mutua induzione

$\begin{cases} E_1= j \omega N_1 \Phi_t \ E_2= j \omega N_2 \Phi_t \end{cases}$

mentre le differenze di potenziale effettivamente presente alle porte del trasformatore reale valgono:

$\begin{cases} U_1= E_1 + (R_1+jX_1)I_1 \ U_2= E_2 - (R_2+jX_2)I_2 \end{cases}$

ricordando il rapporto di trasformazione:

$k0= {E_1 \over E_2} = {N_1 \over N_2}$

ottengo relazione che lega tensioni e correnti del trasformatore reale:

$\begin{cases} U_1 = (R_1+jX_1)I_1 +n (R_2+jX_2)I_2 + n U_2 \ I_1 = I_{10} + {1 \over n} I_2 = I_{10} + I_{12} \end{cases}$

queste equazioni descrivono il comportamento del trasformatore reale.

Il trasformatore reale [modifica]

Trasfomatore trifase a bagno d'olio privo del contenitore

Il trasformatore converte la tensione entrante in un valore differente, ma senza aumentare la potenza. Il prodotto di tensione per corrente tra i due circuiti è uguale:

V_pI_p = V_sI_s

Fattori influenti sul rendimento [modifica]

Un trasformatore reale però non è una macchina perfetta e per questo presenta delle perdite, ovvero la potenza assorbita dal primario è sempre superiore a quella fornita dal secondario. I diversi motivi di perdita sono:

Effetto Joule prodotto dalla corrente che scorre negli avvolgimenti (dette perdite nel rame);
Induzione di correnti parassite nel nucleo che possono a loro volta dissipare energia per effetto Joule (dette perdite nel ferro);
Perdita di flusso magnetico al di fuori del nucleo che può indurre correnti su oggetti vicini al trasformatore;
Perdite per isteresi magnetica (sono perdite nel ferro);
Perdite per movimenti meccanici dovuti a forze magnetiche o magnetostrizione, solitamente percettibili come il classico ronzio del trasformatore;

Forme [modifica]

Piccolo trasformatore toroidale

La forma può essere quella di:

Toro trasformatori toroidali
Quadrata o di due rettangoli uniti per un lato, gli avvolgimenti sono posti sul lato comune

Accorgimenti [modifica]

Per ridurre l'effetto dei vari elementi che inficino il rendimento del trasformatore si:

Avvolgimenti come caratteristiche devono avere:
- Minor numero di spire possibile
- Lunghezza minore, il filo dell'avvolgimento deve essere di lunghezza minore possibile, generalmente questo è un dato dato dal nucleo, che deve cercare d'avere una sezione della colonna del nucleo, di sezione quadrata o (meglio ancora, dove possibile) circolare per minimizzare la lunghezza complessiva del filo.

Nucleo, come caratteristica devono avere:
- Sezione adeguata
- Una lunghezza minore possibile
- Essere in materiale ferromagnetico che abbia una resistenza elettrica il più possibile alta, per minimizzare le perdite per effetto Joule e una forza coercitiva il più possibile bassa, per avere un ciclo di isteresi il più possibile stretto (e quindi delle perdite magnetiche minori possibili).
- Struttura il nucleo per impedire che circolino correnti parassite non è realizzato in metallo compatto, ma è costituito da sottili lamierini (lamierini di acciaio magnetico al silicio) incollati a formare pacchetti, mentre nei trasformatori operanti a frequenze elevate, il nucleo è costituito da polveri metalliche agglomerate con collanti

Raffreddamento il raffreddamento è ricercato soprattutto nei trasformatori che devono fornire un'elevata energia e che pur avendo un rendimento elevatissimo, la potenza dissipata è comunque notevole e la si deve dissipare per evitare il surriscaldamento del trasformatore:
- Aria, il trasformatore non ha nessun dispositivo per il raffreddamento, soluzione tipica dei normali trasformatori civili e per le piccole potenze.
- Bagno d'olio lavorano in un bagno di olio dentro involucri metallici opportunamente sagomati per facilitare la dispersione del calore
- Bagno d'olio forzata rispetto al sistema in bagno d'olio sono previste anche delle pompe per la circolazione forzata dell'olio e un sistema di ventilatori esterni per aumentare l'asportazione di calore

La potenza assorbita da queste funzioni accessorie è considerata tra le perdite.

Studio e prove sul trasformatore [modifica]

Funzionamento a vuoto [modifica]

Si ha quando non ci sono carichi alimentati dal circuito secondario, quindi I₂ = 0 e quindi è anche nulla anche I₁₂ mentre circola solo corrente nella prima parte del circuito primario quindi I₁ = I₁₀.

Ricordando lo schema di trasformatori reali dove:

definisco impedenza a vuoto al primario

$Z_{10} = { jX_{10} R_{10} \over R_{10} + jX_{10} }$

si trascura:

$Z_{10} \gg \sqrt{ R_1^2 +X_1^2 }$ tipicamente di un fattore 1000.

la resistenza e l'induttanza al secondario non sono attraversate da corrente quindi vengono sostituite con un corto circuito.

si ottiene così lo schema di funzionamento a vuoto (sopra riportato).

Questo schema ci da un'idea delle perdite nel ferro perché legate all'impedenza Z₁₀ e quindi della relativa perdita di potenza che ci sarà utile per il calcolo del rendimento del trasformatore.

Funzionamento in corto circuito [modifica]

Si ha una configurazione di corto circuito quando si sostituisce il carico con un corto circuito: in questo caso si annullerà la tensione U₂ = 0 e le correnti vengono chiamate correnti di cortocircuito (la tensione U₁ dovrà essere opportunamente ridotta per non generare correnti che guastino il trasformatore):

$I_1=I_{1CC} , \, I_2=I_{2CC}$

Per l'analisi del trasformatore in corto circuito, partendo dalla configurazione di trasformatore reale, si riportano al primario la resistenza e l'induttanza del secondario, mettendole in parallelo con Z₁₀ e in serie con R₁ e jX₁

$\begin{cases} R_{12}= n^2 R_2 \ X_{12}= n^2X_2 \end{cases}$

Adesso prendiamo in considerazione la prima parte dello schema proposto e definiamo l'impedenza al primario:

$\dot{Z}_{1C}=R_{1C}+jX_{1C}$

dove:

R_1C è definita resistenza in corto circuito a primario
X_1C è definita reattanza in corto circuito a primario
le resistenze e le induttanze del primario sono considerate in serie:

$\begin{cases} R_{1C}= R_{1}+R_{12}\ X_{1C}= X_{1}+X_{12} \end{cases}$

ricordo che $Z_{10} \gg \sqrt{ R_1^2 +X_1^2 }$ tipicamente di un fattore 1000 e quindi viene trascurata.

Considerando la parte di destra dello schema, possiamo trasportare l'impedenza del primario al secondario e ottenere:

$\dot{Z}_{2C}=R_{2C}+jX_{2C}$

dove:

R_2C è definita resistenza in corto circuito a secondario
X_2C è definita reattanza in corto circuito a secondario
$\begin{cases} R_{2C}= { R_{1C} \over n^2}\ X_{2C}= { X_{1C} \over n^2} \end{cases}$

In conclusione il funzionamento in corto circuito è dipendente dalle impedenze al primario e al secondario $\dot{Z}_{1C}$ , $\dot{Z}_{2C} \,$ , quindi la potenza assorbita dal trasformatore in corto circuito è legata alle perdite dovute alle resistenze quindi alle perdite nel rame; questa considerazione ci sarà utile per il calcolo del rendimento del trasformatore.

Prova a Vuoto [modifica]

La Prova a vuoto serve per determinare i componenti del circuito equivalente del ramo magnetizzante (trasversali), visti dal lato primario, le Perdite nel Ferro dovute al nucleo ferromagnetico e la caratteristica a vuoto della macchina. $P_{f}={ U_1^2 \over R_{10} }$

Lo schema prevede l'utilizzo dei seguenti strumenti da collegare al primario:

Un Frequenzimetro, per controllare che la frequenza sia sempre quella nominale;
Un Variac, per regolare la tensione per ogni lettura da svolgere;
Tre Amperometri;
Un Voltmetro;
Due Wattmetri in inserzione Aron oppure tre wattmetri.

La prova viene svolta nel seguente modo:

Viene alimentato il trasformatore alla frequenza nominale e con una tensione leggermente superiore alla tensione nominale : ad esempio $1,1 V{2n},\!$
Tramite un Variac o (Autotrasformatore) viene abbassata gradualmente la tensione di alimentazione fino al valore 0, effettuando per ogni tensione diverse letture di Corrente e Potenza, riportando il tutto in una tabella.
Con i dati ricavati è possibile costruire dei grafici e determinare graficamente il valore della $P_{f},\!$

I grafici sono:

$I_{20}=f(U_{2}),\!\!$
$P_{0}=f(U_{2}),\!\!$
$cos(\phi_{0})=f(U_{2}),\!\!$

Dai grafici è possibile determinarsi i valori nominali di corrente, potenza e cos(φ) (tutti riferiti al funzionamento a vuoto) in corrispondenza del valore della tensione nominale di funzionamento. In particolare: il valore di potenza nominale a vuoto ricavato dal grafico è proprio il valore di P_f.

Perdite e rendimento [modifica]

I trasformatori reali presentato due tipi di perdite:

perdite nel rame dovute all'effetto Joule che si manifesta negli avvolgimenti percorsi da corrente:

$P_{Cu}=P_j=R_{1C}\,I_1^2+R_{2C}\,I_2^2$

perdite nel ferro dovute al nucleo ferromagnetico (perdite per isteresi e correnti parassite):

$P_{Fe}={ U_1^2 \over R_{10} }$

quindi definiamo il rendimento: $\, \ {\eta} = { P_u \over P_{Cu} +P_{Fe} +P_u }$

dove:

P_u potenza utile al secondario
P_d potenza disponibile al primario

Da ricordare che il rendimento è funzione della condizione di carico (vedi anche: Rifasamento, φ), ossia di quanto sia sfasata la corrente al secondario, l'angolo φ che forma con al tensione al secondario.

Il trasformatore è la macchina elettrica a maggiore rendimento, dove più un trasformatore è grande, maggiore è il suo rendimento: i trasformatori di potenza molto piccola (da 1 a 10 Watt) hanno una efficienza dell'80% appena, mentre i trasformatori più grandi (oltre i 20 kW) arrivano ad un rendimento del 99,98% circa, inoltre il rendimento massimo per ogni singolo trasformatore lo si ha ai 3/4 del suo carico massimo.

Configurazione in parallelo [modifica]

Porre due trasformatori in parallelo è giustificato da queste esigenze:

Variabilità del carico: non sarà sempre richiesta la potenza nominale di progetto sulla rete (es: esigenze domestiche o industriali sono variabili a seconda delle ore della giornata) così da abbassare sensibilmente il rendimento del trasformatore quando questo lavori lontano dalle condizioni di progetto.
Sicurezza: nel caso di guasto di uno dei due trasformatori non risulta compromessa del tutto l'erogazione della rete (black out)
Manutenzione: si possono effettuare operazioni di manutenzione sui trasformatori disattivandoli alternativamente senza dover interrompere completamente l'erogazione del servizio.

Condizioni di funzionamento in parallelo [modifica]

La configurazione di due trasformatori in parallelo impone:

Condizioni sulle tensioni e sulle correnti:

$\begin{cases} U_{1a}=U_{1b}=U_1\ U_{2a}=U_{2b}=U_2\ I_{2a}+I_{2b}= I_2 \end{cases}$
Che il trasformatore lavori più vicino alla condizione di massimo rendimento:

se $I_2=0 \Rightarrow I_{2a}=0, \, I_{2b}=0$
Dalla precedente condizione si ha che i due trasformatori lavorino entrambi alla loro potenza nominale, quella massima consentita di progetto:

$P_n=P_{na}+P_{nb}=U_{2na}I_{2na}+U_{2bn}I_{2bn}=U_{2n}(I_{2na}+I_{2bn}) \,$
Per poter verificare la precedente condizione si deve avere che le due correnti in uscita dai trasformatori siano in fase tra loro.
I due trasformatori debbono avere i rapporti di trasformazione uguali (condizione di utilizzo a vuoto)

$n_a=n_b \,$
Devono avere i triangoli di corto circuito uguali (condizione di funzionamento in corto circuito).

Valori nominali dei trasformatori [modifica]

Tabella valori nominali..

U_1n
tensione nominale primaria (V)

U_2n
tensione nominale secondaria (V)

I_1n
corrente nominale primaria (A)

I_2n
corrente nominale secondaria (A)

P_n
potenza nominale (VA)

f_n
frequenza nominale (Hz)

Tra i valori nominali di tensione e corrente sussistono le relazioni:

${ U_{1n} \over U_{2n}} = n$

${ I_{1n} \over I_{2n}} = {1 \over n}$

La potenza nominale è legata alle tensioni e correnti nominali dalle relazioni:

$P_n = U_{1n} I_{1n} = U_{2n} I_{2n} \,$ per il monofase

$P_n = \sqrt{3}U_{1n} I_{1n} = \sqrt{3}U_{2n} I_{2n}$ per il trifase

Tipi [modifica]

Un trasformatore raffreddato ad olio con primario a 10 kV e secondario a 220 V, risalente agli anni sessanta

Sebbene basati sullo stesso principio, esistono trasformatori di tutte le dimensioni, da quelli grandi pochi millimetri usati in elettronica a grandi macchine alte diversi metri e con potenze di gigawatt usati nella distribuzione di energia elettrica.

La classificazione può essere fatta in base alla potenza trasferita, al rapporto di trasformazione, al fatto che primario e secondari siano isolati, al tipo di segnale su cui operano.

Di tensione (TV) [modifica]

È il trasformatore classico descritto precedentemente. La tensione sul secondario è costante e determinata dal rapporto nel numero di spire. Si può ulteriormente suddividere questa categoria in trasformatori riduttori o elevatori a seconda che il rapporto di tensione sia in aumento o in diminuzione. Gli avvolgimenti possono avere prese intermedie che permettono di decidere all'installazione tra diversi rapporti, per esempio per utilizzare una apparecchiatura su reti elettriche a diversa tensione nominale. Le prese intermedie sul secondario, oppure avvolgimenti secondari aggiuntivi, permettono di avere a disposizione diversi valori di tensione contemporaneamente.

Di isolamento [modifica]

Sono trasformatori con rapporto unitario (o leggermente maggiore per compensare le perdite) ma con isolamento elettrico tra gli avvolgimenti particolarmente curato. Sono usati per disaccoppiare la massa di un apparecchio di misura dalla massa del circuito in esame quando entrambi siano messi a terra. La separazione tra gli avvolgimenti viene generalmente assicurata mediante doppio isolamento oppure per mezzo di uno schermo metallico messo a terra.

Possono essere anche usati per aumentare la sicurezza delle apparecchiature mediche connesse alla rete, ma in questo caso il trasformatore deve essere conforme anche alla norma IEC 65558-2-15, specifica per l'applicazione in locali adibiti ad uso medico. Tra le caratteristiche peculiari, la potenza di uscita non può superare 10 kVA e, se viene utilizzato per alimentare più di un apparecchio medicale contemporaneamente, deve essere dotato di un dispositivo di controllo permanente dell'isolamento non disinseribile.

Trasformatore trifase [modifica]

Sono macchine in grado di convertire una tensione trifase e sono comunemente usati nella rete di distribuzione elettrica. Possono essere costituiti da tre trasformatori monofasi indipendenti, ma spesso sono realizzati con tre avvolgimenti primari e tre secondari montati su un unico nucleo con tre rami paralleli. Gli avvolgimenti possono essere collegati a stella (sigla Y per alta tensione - sigla y per bassa tensione), a triangolo (sigla D per alta tensione - sigla d per bassa tensione) o a zig-zag (sigla Z per alta tensione - sigla z per bassa tensione). Vengono di solito abbinati a degli Isoltester o chiamati anche Controllori di isolamento che permettono di regolare tramite pannello sinottico le varie soglie di resistenza verso terra.
Nel caso si debbano mettere in parallelo due o più trasformatori trifase bisogna, preventivamente, accertarsi che appartengano antrambi al medesimo gruppo. Il gruppo di un trasformatore trifase si definisce come l'angolo di ritardo della bassa tensione rispetto all'alta tensione assumendo come senso antiorario in senso di rotazione dei vettori di tensioni. Solo in questo caso siamo certi di non collegare in cortocircuito i due trasformatori che vogliamo mettere in parallelo. Nei trasformatori commerciali i gruppi più utilizzati sono quattro. Elenchiamoli.

Gruppo 0 (nessun sfasamento tra primario e secondario)
Gruppo 5 (sfasamento di 150° tra primario e secondario)
Gruppo 6 (sfasamento di 180° tra primario e secondario)
Gruppo 11 (sfasamento di 330° tra primario e secondario)

Questo angolo di ritardo è dovuto al diverso montaggio degli avvolgimenti del trasformatore. Per fare un semplice esempio se gli avvolgimenti sono stati collegati a stella (sia del primario che del secondario) possiamo avere un trasformatore sia con gruppo 0 sia con gruppo 6. Nel caso uno dei due sia collegato a triangolo e l'altro a stella possiamo avere un trasformatore sia con gruppo 5 sia con gruppo 11.

Autotrasformatore [modifica]

Per approfondire, vedi la voce autotrasformatore.

È un trasformatore con un unico avvolgimento a più prese intermedie.

Trasformatore variabile

Trasformatore variabile o variac [modifica]

Sono autotrasformatori in cui la presa intermedia è un contatto strisciante sull'avvolgimento primario: questi apparecchi possono fornire in uscita una tensione regolabile praticamente con continuità tra zero e il valore massimo. Il Variac è un marchio registrato da General Radio.

Di corrente (TA) [modifica]

Forniscono sul secondario una corrente proporzionale alla corrente circolante nel primario. Sono spesso usati nei sistemi di misura per correnti elevate al fine di ridurle a valori più facilmente misurabili. Sono costituiti da un nucleo toroidale al cui interno passa il cavo (anche isolato) su cui compiere la misura e su cui è avvolto il filo del secondario. È importante che il secondario sia sempre in cortocircuito sullo strumento di misura per evitare la formazione di tensioni pericolosamente elevate. Sono usati nei sensori di una pinza amperometrica.

A corrente costante [modifica]

Questi trasformatori mantengono costante entro certi limiti la corrente fornita sul secondario piuttosto che la tensione. In pratica la tensione prodotta si regola automaticamente per mantenere una corrente costante sul carico. Sono costituiti da nucleo interrotto da un traferro la cui apertura è regolata da una sezione mobile del nucleo tirata da un contrappeso. La presenza del traferro determina un aumento della riluttanza, ovvero il rapporto tra la forza magnetomotrice generata dal primario e il flusso di induzione prodotto nel nucleo.

Quando il circuito secondario assorbe troppa corrente, le forze elettromagnetiche provocano l'allargamento del traferro, da cui ne deriva una diminuzione del flusso e quindi la diminuzione della tensione indotta.

Questi trasformatori sono usati per alimentare le lampade di illuminazione pubblica collegate in serie a corrente costante.

Versioni con traferro regolabile manualmente sono usati nelle saldatrici elettriche: in questo caso l'apertura del traferro non è automatica ma impostata dall'utilizzatore con una manopola. La corrente è quindi limitata ad un valore prefissato ma non regolata.

Risonante [modifica]

Un trasformatore risonante opera alla frequenza di risonanza di uno (o più) avvolgimenti, solitamente il secondario, sfruttando la capacità parassita fra una spira e l'altra dell'avvolgimento. Se il primario è alimentato con una tensione periodica ad onde quadre o dente di sega, ad ogni impulso viene fornita energia sul secondario, che sviluppa progressivamente una tensione molto elevata alla frequenza di risonanza del circuito oscillante. La tensione prodotta è limitata da fenomeni di scarica distruttiva fra le spire dell'avvolgimento risonante e la corrente è molto più elevata di quella ottenuta dai generatori elettrostatici come il Generatore Van de Graaff e il Generatore Wimshurst. Di solito questi trasformatori lavorano a frequenze piuttosto elevate, per cui non hanno bisogno di nucleo magnetico. La bobina di Tesla è un tipico trasformatore risonante.

Di impulso [modifica]

Un trasformatore di impulso è ottimizzato per trasferire un impulso rettangolare. Modelli di piccola potenza (detti di segnale) sono usati in elettronica digitale e telecomunicazioni, in genere per adattare i circuiti alle linee di trasmissione e per attivare triac o scr. Modelli di medie dimensioni sono usati per controlli su circuiti di potenza, come per esempio per innescare i flash fotografici.

Per limitare la distorsione nella forma dell'impulso, il trasformatore deve avere basse perdite, bassa capacità distribuita ed alta induttanza a circuito aperto. Nei modelli di potenza deve essere bassa la capacità di accoppiamento tra primario e secondario, per proteggere i circuiti collegati al primario dagli impulsi di elevata tensione creati dal carico. Per la stessa ragione deve essere elevato l'isolamento.

La qualità di un trasformatore di impulso è determinabile con il prodotto tra la tensione di picco e la durata dell'impulso (o più esattamente l'integrale dell'impulso). Più alto è il valore, maggiore è il costo del trasformatore.

D'uscita [modifica]

Questo tipo di trasformatore è utilizzato solitamente come adattatore d'impedenza. Normalmente è usato negli amplificatori audio valvolari per adattare l'alta impedenza dei tubi d'uscita con la bassa impedenza dell'altoparlante. Infatti, solitamente, per questo tipo di trasformatori non viene definito direttamente il rapporto di trasformazione N delle tensioni ma il rapporto delle impedenze tra primario e secondario. Dal punto di vista matematico risulta che:

$Z_1/Z_2 = N^2 \,$

con $Z_1\,$ e $Z_2\,$ le impedenze del primario e del secondario.
Inoltre, in questa specifica applicazione, svolge anche il compito di separare la componente continua da quella alternata. Dal punto di vista costruttivo è come un normale trasformatore monofase con degli accorgimenti particolari. Prima di tutto il materiale dei lamierini: si usano solitamente lamierini con percentuale di silicio, però a grani orientati, oppure altri materiali più costosi (permalloy, etc.). Un altro accorgimento che si pratica è quello di intercalare il primario con il secondario, in modo tale da aumentare l'accoppiamento tra gli avvolgimenti e diminuire la capacità parassita (e quindi estendere la banda passante) degli avvolgimenti. Nei trasformatori d'uscita per stadi single end occorre aggiungere del traferro (aria o carta) al nucleo in modo tale da evitare premature saturazioni, visto che in questa configurazione l'avvolgimento primario è attraversato dalla corrente continua del tubo in un solo senso e non in due (ma opposti) come in quelli per push-pull, i quali non richiedono il traferro. In un amplificatore audio è un componente fondamentale, in quanto se di scarsa qualità può limitare pesantemente le prestazioni.

Rotante [modifica]

Parte fissa di un trasformatore rotante a 6 canali usato in un videoregistratore a 6 testine.

Parte rotante del trasformatore, con visibili tre delle sei testine.

Un trasformatore rotante è un tipo specializzato di trasformatore, usato per accoppiare segnali elettrici tra due parti rotanti tra di loro. un trasformatore rotante permette di superare i difetti tipici degli anelli collettori, come attrito, frizione, intermittenza del contatto e limitazione della velocità di rotazione.

Un trasformatore rotante è costruito con gli avvolgimenti primari e secondari in metà separate, montate poi una di fronte all'altra. La connessione tra le due metà degli avvolgimenti è assicurata dal flusso magnetico che fornisce l'induttanza reciproca dal primario al secondario.

L'uso più comune dei trasformatori rotanti è nei videoregistratori, per la trasmissione dei segnali di pilotaggio delle testine video montate su un tamburo rotante. La maggior parte dei videoregistratori richiede più di un segnale, e in questo caso si usano trasformatori rotanti a più canali, con più avvolgimenti concentrici. Nella foto si vede un trasformatore rotante con 6 avvolgimenti individuali.

Un altro uso è per trasmettere segnali dai sensori di coppia sui motori elettrici, per controllarne la velocità e la coppia generata tramite feedback.

Ricerca [modifica]

Fino al 1965 è stata opinione scientificamente condivisa che il trasformatore in corrente continua fosse impossibile da realizzare, in quell'anno un gruppo di ricercatori della General Electric guidati dal premio Nobel (1973) Ivar Giaever riuscirono nell'impresa, come conseguenza di studi sulla superconduttività a bassa temperatura. L'applicabilità pratica e su larga scala di questa scoperta comunque non è ancora stata conseguita, gli studi intanto proseguono nel campo della superconduttività ad alta temperatura.

Voci correlate [modifica]

Relè di Buchholz

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

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弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

弊社の製品の供給調達機能は：

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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Mar 28 Sat 2009 10:33
Íslenska Spennubreytir www.tool-tool.com

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Þriggja fasa spennubreytir á staur.

Spennubreytir eða straumbreytir, oft kallaður spennir, er raftæki sem notar riðstraum til að mynda span í rafrás, sem síðan er notað til að mynda rafspennu í annari rafrás. Þannig flyst orka milli rafrása, sem vinna á misjafnri spennu, t.d. er algengt að raftækjum fylgi spennubreytir, sem lækkar netspennuna, 230 volt í 9 eða 12 volt, sem raftækið vinnur með. Reynt er að hanna spennubreyta þ.a. sem minnst af orkunni tapist sem varmi.

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Mar 27 Fri 2009 22:18
Bahasa Indonesia Transformator www.tool-tool.com

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Sebuah transformator (atau yang lebih dikenal dengan nama trafo) adalah suatu alat elektronik yang memindahkan energi dari satu sirkuit elektronik ke sirkuit lainnya melalui pasangan magnet. Biasanya dipakai untuk mengubah tegangan listrik dari tinggi ke rendah dan berarti juga mengubah arus listrik dari rendah ke tinggi.

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Mar 27 Fri 2009 18:05
Magyar Transzformátor [szerkesztés] www.tool-tool.com

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Utcai transzformátor Melbourne-ben (Ausztrália)

A transzformátor egy villamos gép, amely két áramkör között, elektromágneses úton energiát közvetít. A két áramkör közül azt, ahonnan az energia érkezik, primer áramkörnek, vagy primer oldalnak nevezzük, a másik áramkör a szekunder áramkör vagy szekunder oldal. Mozgó alkatrészt nem tartalmaz.

Működése során a transzformátor primer oldalán a váltakozó áram a nyitott vagy zárt vasmagban váltakozó mágneses fluxust kelt, ami a szekunder áramkörben feszültséget indukál. A szekunder oldalra villamos terhelést kapcsolva megindul a szekunder áram, és ezzel valósul meg az energiaátvitel. A működés alapfeltétele a primer oldali váltakozóáramú táplálás, mivel csak a változó mágneses fluxus képes a szekunder oldalon feszültséget kelteni.

A működési alapelvekből adódik az is, hogy a két áramkörben a frekvencia azonos, míg a primer és szekunder oldali feszültségek aránya igen jó közelítéssel a megfelelő oldali tekercsek menetszámainak arányával egyezik meg. A transzformátorok hatásfoka a gyakorlatban is közel 100%, így a primer és szekunder oldali teljesítmények szinte megegyeznek. Ebből adódik, hogy a primer és szekunder oldali áramok aránya nagyon jó közelítéssel a menetszámáttétel reciprokával arányos.

A transzformátort leggyakrabban a nagy teljesítményű (erőátviteli) villamos hálózatokban használják a feszültségszint megváltoztatására. Ennek jelentősége abban áll, hogy azonos teljesítményt magasabb feszültségű átviteléhez kisebb áramra van szükség, így az átviteli hálózat ohmos veszteségei jelentősen csökkenthetők, és így lehetővé válik a villamos energia nagy távolságokra történő gazdaságos továbbítása. További fontos alkalmazás két áramkör galvanikus leválasztása, illetve az impedancia megváltoztatása.

Kidolgozása [szerkesztés]

Michael Faraday 1831-ben határozta meg az elektromágneses indukció törvényeit.
Az első energia-átvitelre alkalmas transzformátort Bláthy Ottó, Zipernowsky Károly és Déri Miksa szabadalmaztatta 1885-ben. A ZBD jelű transzfomátorok a Ganz gyárban készültek Budapesten.

1 fázisú transzformátor felépítése

Elvi felépítés [szerkesztés]

Két tekercs helyezkedik el egy közös vasmagon. A bemenő oldalit primer; a kimenő oldalit szekunder tekercsnek nevezik.

A transzformátort burkolat védi, amely elszigeteli a környezettől; viszont rontja annak hőelvezetését. A tekercsek közötti szigetelés fontos szerepe, hogy megakadályozza a menetek zárlatát.

Az ideális működés [szerkesztés]

A kölcsönös indukció elvén alapul. Ideális esetben a primer és a szekunder tekercsek között a csatolás tökéletes, azaz mindkét tekercs ugyanazt a mágneses fluxust (Φ) veszi körül. Ekkor a Faraday-féle indukciós törvény alapján (Maxwell II. egyenlete) az N₂ menetű szekunder tekercsbe indukált feszültség:

$U_{2} = N_{2} \frac{d\Phi}{dt}$

A primer tekercs is ugyanezt a fluxust veszi körül, azaz

$U_{1} = N_{1} \frac{d\Phi}{dt}$

A második egyenletet az elsővel elosztva kapjuk azt, hogy a két feszültség hányadosa mindenkor a két menetszám hányadosával egyezik meg, azaz

$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{N_{1}}{N_{2}}$

Az ideális transzformátor áramáttételét Maxwell I. egyenlete alapján határozhatjuk meg. Ez kimondja, hogy bármely zárt térbeli hurokra a mágneses térerősség vonalmenti integrálja megegyezik a zárt hurok által meghatározott felületen átfolyó áramok összegével. (Feltételeztük, hogy az úgynevezett eltolási áramok elhanyagolhatóak.) Ideális csatoláshoz közel végtelen permeabilitású vasra van szükség, így feltételezhetjük, hogy a mágneses térerősség a vason belül közel zérus. Ezzel egy tetszőleges, mindenhol a vasban futó zárt hurokra felírt egyenlet a következő alakra egyszerűsödik:

N₁ * I₁ + N₂ * I₂ = 0

Ebből pedig:

$\frac{I_{1}}{I_{2}}=-\frac{N_{2}}{N_{1}}$

A primer és szekunder oldali teljesítmények megegyeznek, de ellentétes előjelűek. Az ideális transzformátor tehát veszteségmentes átalakító.

A transzformátor működése a gyakorlatban [szerkesztés]

Toroid transzformátor

A gyakorlatban a tökéletes csatolás nem valósítható meg, mindig van néhány tizedszázaléknyi úgynevezett szórt fluxus, ami vagy csak a primer, vagy csak a szekunder tekerccsel kapcsolódik. Emiatt a primer és szekunder feszültségek aránya még terheletlen transzformátor esetén is kismértékben eltér a menetszámok arányától.

Amennyiben a szekunder oldalt terheljük, a tekercsekben megindul a szekunder és a primer áram. Ez az áram a tekercsek ohmos ellenállásán feszültségesést hoz létre, ami tovább növeli a primer és szekunder feszültségek arányának eltérését a menetszámáttételtől. A szórt fluxus hatása is feszültségesésekben jelentkezik mind a primer, mind pedig a szekunder oldalon, ez azonban veszteséggel nem járó meddő teljesítmény.

A gyakorlatban tehát üzemszerű állapotban a szekunder feszültség kisebb, mint az ideális, a primer és szekunder feszültségek aránya a menetszámáttételtől néhány (akár 6-10) százalékkal eltérhet. Nagyobb transzformátoroknál az eltérés kisebb.

Az ellenállások és a szórt fluxust reprezentáló úgynevezett szórási reaktanciák határozzák meg a a transzformátor rövidzárási áramát (rövidrezárt szekunder oldal). A tervezés során ezért mindig ügyelnek arra, hogy legyen valamennyi szórt fluxus a rövidzárási áram csökkentése érdekében.

A veszteségek [szerkesztés]

A valóságos transzformátorok mind veszteségesek. Ezek okai:

Rézveszteség /rövidzárási veszteség/ – A tekercsek ohmos ellenállása miatt.
Vasveszteség /üresjárási veszteség/ – A vasmagban kialakuló örvényáramok és a hiszterézis veszteség miatt.

Valóságos transzformátorok [szerkesztés]

A megvalósított transzformátorok több primer/szekunder tekercsből állhatnak; így többféle feszültség is kivezethető belőlük; illetve többfázisú betáplálásuk lehet.
A lemezelt vasmagú transzformátoroknál a forrasztás az I és E mag határán a zaj csökkentésére szolgál, mivel a nagyfrekvencián kialakuló rezgések a magok érintkezésénél zajt keltenek.

Speciális transzformátorok [szerkesztés]

A transzformátorok szekunder oldalának rövidrezárása általában tiltott; mert az így kialakuló "végtelen" nagy áramerősség tönkreteszi a berendezést. Kivételek a villamos mérőműszerek méréshatárát kiterjesztő áramváltók és a ívhegesztő berendezések szabályozható légrésű transzformátorai.

A transzformátorral nem lehet [szerkesztés]

Egyenfeszültséget átalakítani.
Egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé alakítani (se fordítva).
A feszültség frekvenciáját módosítani.

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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個人分類：學術研究

Mar 27 Fri 2009 17:19
Hrvatski Transformator www.tool-tool.com

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Transformator

Transformator je statički električni uređaj u kojem se električna energija iz jednog ili više izmjeničnih krugova koji napajaju primarne namote transformatora prenosi u jedan ili više izmjeničnih krugova napajanih iz sekundarnih namota transformatora s izmijenjenim iznosima jakosti struje i napona, te nepromijenjenom frekvencijom.

Namjena transformatora [uredi]

Budući da snaga električne struje zavisi od umnoška U x I, podizanjem napona moguće je prenijeti istu snagu s manjim jakostima struje. Struja manje jakosti omogućuje smanjenje presjeka vodiča (tj. manji utrošak bakra ili aluminija) i uzrokuje manje padove napona na dugačkim vodovima, jer je pad napona proporcionalan jakosti struje kroz vodič. Zbog toga, u elektranama se električna energija isporučuje na vrlo visokom naponu od nekoliko desetaka ili stotina kV (kilovolta), te visokonaponskim dalekovodima prenosi do mjesta potrošnje. Ovdje se energija mora transformirati na napon gradske mreže (380/220 V kod trofaznih, odnosno 220 V kod monofaznih mreža). Trofazni transformator za takvu namjenu prikazan je na gornjoj slici. Vidljivi su visokonaponski porculanski priključci, te rebra za hlađenje i ekspanziona posuda za transformatorsko ulje u koje su potopljeni namotaji zbog efikasnijeg hlađenja i izolacijskih svojstava toga ulja.

Jednako je važna primjena transformatora za pretvorbu napona gradske mreže u manje opasan napon između 12 i 48 V za razne radioničke, upravljačke ili druge uređaje, (u pravilu s galvanski odvojenim sekundarom od primara), ili u mnogobrojnim elektroničkim uređajima koji rade na istosmjernom naponu od nekoliko volti. U posljednjem slučaju, transformatoru se prigrađuje i prikladan ispravljač za pretvorbu izmjenične struje sekundara u istosmjernu. Druga slika prikazuje takav transformator male snage s ispravljačem integriran sa šuko-utikačem.

Način rada [uredi]

Rad transformatora zasniva se na Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije prema kojem vremenska promjena magnetskog toka ulančanog vodljivom petljom inducira u petlji napon, dok struja uzrokovana tim naponom stvara magnetski tok koji se, u skladu s Lentzovim zakonom, opire promjeni toka koji je inducirao napon.

Jednostavnije rečeno, izmjenična struja primara koja tokom vremena jakost mijenja po sinusoidi, u željeznoj jezgri transformatora proizvodi isto tako promjenjiv magnetski tok. Umetne li se u tako stvoreno promjenjivo magnetsko polje u okolici jezgre drugi namotaj (sekundar), u njemu će se po pravilima elektromagnetske indukcije pobuditi također sinusoidalni izmjenični napon. Zbog pojave samoindukcije, posljedično induciranoj struji sekundara, opirat će se induktivni otpor namotaja.

Kod idealnog transformatora su odnosi napona u namotima primara i sekundara proporcionalni, a odnosi jakosti struja obrnuto proporcionalni omjeru broja navoja. Ako na primjer sekundarni namotaj ima deset puta više navoja od primarnog namota, napon sekundara bit će deset puta viši, a jakost struje deset puta manja nego u primaru. Matematski se ovaj odnos može iskazati izrazom:

U_s / U_p = Z_s / Z_p iz čega slijedi:

U_s = U_p x Z_s / Z_p

U svim izrazma, indeks _p odnosi se na primar, a _s na sekundar.

Transformator može imati i više sekundarnih namota, koji mogu biti galvanski odvojeni a mogu biti realizirani i tako da jedan sekundarni namot ima više izvoda. Zbroj svih snaga na sekundarnoj strani u idealnom transformatoru jednak je električnoj snazi koju transformator troši iz izvora električne energije (npr. iz gradske mreže).

Iz jednakosti snaga primara i sekundara P_s = P_p ili U_s x I_s = U_p x I_p slijedi:

I_s = I_p x U_p / U_s

Stvarne izvedbe transformatora karakteriziraju međutim gubici, koje čini energija potrebna za magnetiziranje feromagnetske (ili druge) jezgre, gubici zbog vrtložnih struja, gubici u bakru (omski gubici u žicama od kojih su namotani namoti), itd. Zbog tih gubitaka je korisna snaga sekundara nerijetko i nekoliko desetaka posto manja od utrošene snage primara.

Gubici uslijed vrtložnih struja u željeznoj jezgri smanjuju se pakiranjem jezgre iz međusobno (lakom ili papirom) izoliranih transformatorskih limova posebnog sastava (s dodatkom silicija) od feromagnetskog materijala koji imaju dobru magnetsku provodljivost i osiguravaju dobru magnetsku spregu između namota. Transformatori za vrlo visoke frekvencije gdje bi gubitci snage u jezgri bili veći od gubitaka u namotima uzrokovanih slabom spregom imaju jezgre od posebnih keramičkih materijala (feriti) ili sinterovane željezne prašina u izolirajućoj masi.

Kod malih transformatora, namoti se motaju žicom koja je izolirana lakom (tzv. "lak-žica"), dok se kod velikih transformatora koriste i druge vrste izolacija.

Približni proračun transformatora [uredi]

Uvijek su uz napon izvora (npr. gradske mreže) zadani i željeni napon i snaga (ili jakost struje) sekundara. Pretpostavljajući uobičajenu frekvenciju europskih mreža od 50 Hz, gustoću magnetskog toka u željeznoj jezgri od 12 000 Gausa, dopušteno opterećenje žice namotaja 2,4 - 2,5 A/mm² i gubitke u željezu i bakru od 25%, približna potreba snage na primaru iznosit će:

P_p = 1,25 U_s x I_s (W)

Za približni proračun nadalje važe iskustvene formule:

presjek srednjeg stupa jezgre (monofaznih transformatora): S_Fe = √P_p cm² (P_p u W)

Broj zavoja po 1 voltu: n = 40 / S_Fe zavoja/V (S_Fe u cm²), odnosno:

Z_p = U_p x n zavoja u primaru i:

Z_s = 1,1 x U_s x n zavoja u sekundaru (1,1 kompenzira padove napona)

Promjeri žice: d_p = √(I_p/2) i d_s = √(I_s/2) mm (I_p i I_s u A)

poveznice [uredi]

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