I trasformatori sono vitali nei sistemi elettrici industriali e commerciali. Qui vengono spiegati alcuni fatti sul flusso magnetico in un trasformatore.
Il requisito necessario per il funzionamento di un trasformatore è un flusso magnetico variabile nel tempo, che a sua volta induce fem negli avvolgimenti. Il flusso magnetico alternato aiuta a trasferire la potenza dall'avvolgimento primario a quello secondario. Il nucleo magnetico nel trasformatore è ciò che concentra il flusso magnetico negli avvolgimenti.
Ulteriori fatti sul flusso magnetico in un trasformatore sono discussi di seguito.
Che cos'è il flusso magnetico in un trasformatore?
La misura delle linee del campo magnetico che passano attraverso una superficie chiusa fornisce il flusso magnetico contenuto nella superficie. Fornisce una stima del campo magnetico netto che attraversa una particolare area.
Il flusso magnetico in un trasformatore si sviluppa a causa della variazione del campo elettrico o della corrente negli avvolgimenti primari. Ciò è dovuto all'induttanza reciproca o alla legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica.
Le linee di forza magnetiche sviluppate a causa della corrente alternata sono concentrate dal nucleo di ferro o da qualsiasi nucleo magnetico nel trasformatore. Il percorso o il collegamento tra gli avvolgimenti primari e secondari è questo flusso magnetico.
Qual è la fonte del flusso magnetico in un trasformatore?
Un trasformatore è costituito principalmente da due avvolgimenti o bobine note come bobina primaria e bobina secondaria. Una corrente alternata viene fornita attraverso gli avvolgimenti primari che produce un flusso magnetico dovuto all'induttanza reciproca.
Il funzionamento di un trasformatore si basa sul principio dell'induzione reciproca dove il flusso magnetico che si genera a seguito della corrente o tensione alternata negli avvolgimenti primari induce una fem negli avvolgimenti secondari che costituisce l'uscita.
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La corrente variabile che passa attraverso la bobina primaria genera linee di campo magnetico attorno ad essa. Quando la forza del campo magnetico aumenta, il nucleo di ferro dolce concentra il flusso magnetico e quindi forma un percorso verso la bobina secondaria.
La corrente variabile legata all'avvolgimento primario varia il campo magnetico e quindi a causa di questo flusso magnetico variabile, la corrente viene indotta nell'avvolgimento secondario.
Qual è l'importanza del flusso magnetico nel trasformatore?
Il flusso magnetico è un fattore importante nel funzionamento di un trasformatore perché l'azione del trasformatore si basa sul principio dell'induzione reciproca. Il flusso magnetico è il fattore che collega le bobine primarie e secondarie e il flusso magnetico variabile è ciò che produce la fem nella bobina secondaria.
Un trasformatore comprende due bobine, primaria e secondaria, e non sono collegate elettricamente da un circuito o da un filo. Invece sono collegati solo induttivamente. Attraverso la bobina primaria viene fornita una corrente alternata. Questa corrente variabile dal valore minimo al valore massimo in ogni ciclo genera un campo magnetico dentro e intorno alla bobina.
Il trasformatore contiene anche un nucleo magnetico, per lo più di ferro dolce, attorno al quale sono avvolte le bobine primarie e secondarie. Questo nucleo concentra il campo magnetico generato attorno alla bobina principale e collega la bobina secondaria. La bobina secondaria rimane in prossimità del flusso magnetico variabile che induce la fem nella bobina.
Come calcolare il flusso magnetico di un trasformatore?
Il flusso magnetico che passa attraverso qualsiasi piano può essere accuratamente descritto come il numero di linee di induzione magnetica o campo che passa attraverso lo stesso piano.
In un campo magnetico uniforme la cui intensità di induzione magnetica è data da B e l'area del piano nella direzione perpendicolare a quella del campo magnetico è data da S, allora l'espressione del flusso magnetico passante per il piano φ è data dal prodotto di B e S.
L'espressione generale per il flusso magnetico è data in termini di integrale del campo magnetico sulla superficie.
integrale b.ds dove ds è il vettore infinitesimo
Per un trasformatore, viene spesso utilizzata la densità del flusso magnetico. L'espressione per la massima densità di flusso magnetico è data da
dove,
V = tensione efficace applicata (in volt)
f = frequenza (in Hertz)
N = numero di spire degli avvolgimenti a cui è applicata la tensione V
A = area della sezione del circuito magnetico (in m2 )
Cos'è il nucleo magnetico nel trasformatore?
Il nucleo magnetico funge da percorsi per il flusso magnetico in un trasformatore. Fungono da collegamento tra gli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore, concentrando il flusso magnetico generato dalla bobina primaria e guidandoli alla bobina secondaria. I nuclei magnetici sono materiali costituiti da composti ferromagnetici.
Questi nuclei magnetici hanno un'elevata permeabilità grazie alla quale possono concentrare le linee del campo magnetico e formare un percorso per guidare i campi magnetici nei trasformatori o altri dispositivi elettrici o magnetici.
I materiali comunemente usati per i nuclei magnetici sono ferro solido, ferro carbonilico, acciaio amorfo, acciaio al silicio, nuclei magnetici laminati, ecc. Il ferro dolce si rivela il miglior nucleo magnetico per l'uso nei trasformatori poiché la loro permeabilità magnetica è elevata.
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Come cambia il flusso magnetico in un trasformatore?
In un trasformatore, il flusso magnetico viene prodotto come risultato del campo elettrico variabile (cioè corrente alternata).
La variazione del flusso magnetico in un trasformatore avviene a causa delle variazioni della corrente fornita dalla sorgente CA. La sorgente CA fornisce una corrente alternata che varia da valori negativi a positivi in ogni ciclo. Queste variazioni producono linee di campo magnetico attorno agli avvolgimenti primari.
All'aumentare della variazione del campo elettrico (cioè, quando il valore della corrente passa da un minimo a un massimo), aumenta anche la variazione del flusso magnetico.
Qual è la densità di flusso magnetico di un trasformatore?
La densità del flusso magnetico è una stima della quantità di campo magnetico concentrato attorno a un magnete o a una corrente elettrica variabile. È una quantità vettoriale. La densità del flusso magnetico è solitamente data da
where
φ è il flusso magnetico (in weber) e
A è la superficie in metri quadrati (m2)
Se la densità del flusso magnetico nei nuclei viene migliorata, è possibile ridurre le dimensioni dei trasformatori, il che ridurrebbe il costo delle apparecchiature e il costo di materiali come silicio-ferro, rame, carbonio, ecc.
Flusso magnetico in un trasformatore: Problema
Trova le spire primarie di un trasformatore monofase da 444V/222V, 50 Hz con un'area della sezione trasversale del nucleo di 80 cm2 e una densità di flusso massima di 2 T.
Sappiamo che l'equazione contenente le spire primarie e la densità del flusso magnetico è data da
Prima di tutto, scriveremo i dettagli forniti.
Dato, V = 444 V (tensione di ingresso della bobina primaria)
f = 50 Hz
L = 80 cm2 = [
Bmax = 2 T
N = sconosciuto
Dall'equazione data all'inizio della soluzione, possiamo riordinare i termini per ottenere N. Quindi
N = 125
Quindi il numero di giri è 125.
Sommario
Quindi, questo articolo fornisce una descrizione dettagliata del flusso magnetico in un trasformatore, la sua importanza, il nucleo magnetico e la sua importanza insieme a un problema pratico che aiuterà a comprendere molto meglio i concetti.
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Ciao, sono Deeksha Dinesh, attualmente conseguendo il post-laurea in Fisica con una specializzazione nel campo dell'Astrofisica. Mi piace fornire concetti in un modo più semplice per i lettori.