Transformadore

Transformadoreak indukzio elektromagnetikoan oinarritzen diren gailu elektrikoak dira. Korronte alternoko zirkuitu batean maiztasun bera mantenduz, tentsioa igotzeko edo jaisteko erabiltzen den makina estatikoak dira. Korronte alternoa transformadoretik sartzen eta irteten den potentzia intentsitate berekoa izango da.

Transformadore

Hiru faseko transformadorea.

Transformadorearen eskema ideala.

Transformadorea

Galerak ez dituzten transformadoreak transformadore idealak dira. Galerak dituzten transformadoreei, ordea, nahiz eta galerak oso txikiak izan, transformadore errealak deritze.

Transformadoreak bi haril eroalez eta nukleo batez osatuta daude. Haril hauek beren artean isolatuta daude, bata haril primarioa (induktorea) izanik eta bestea haril sekundarioa (induzitua). Nukleoa, normalean, burdinazkoa edo altzairuzkoa izaten da. Makina hauek fidagarriak eta errendimendu handikoak izaten dira: sinpleak, gogorrak eta galera txikikoak.

Funtzionamendu printzipioa

Transformadore baten funtzionamendua indukzio elektromagnetikoan oinarritzen da. Horren portaera Maxwellen ekuazioen bidez islatu daiteke. Lehenengo harilkatuan, hau da, induktorean, indar elektroeragile bat aplikatzen da. Horrek, nukleoan fluxu magnetiko bat induzitzea eragiten du. Faradayren legeak dioenez, induzitzen den fluxu magnetikoa aldakorra denean, bigarren harilean indar elektroeragile bat sortzen da. Hori gertatzean, zirkuitu elektriko primarioa eta sekundarioa eremu magnetiko baten bitartez erlazionatzen dira. Lehenengo eta bigarren harilkatua transformazio erlazio batekin erlazionatzen dira. Transformazio erlazio hori espira kopuruaren (N) mende dago. Hau da, transformadorearen nukleoan, harilkatu primarioa eta sekundarioa dago, eta bakoitzak espira kopuru bat izango du (N1 eta N2). Horrek sistema elektrikoaren tentsioa aldatzea eragingo du.

Transformadore ideala

Inolako galerarik ez duenean, transformadorea ideala da. Izatez, ez dira existitzen, beti egongo baitira galerak, oso txikiak izan arren. Baina transformadore errealen funtzionamendua ulertzeko erabilgarria da. Transformadore ideal batean, harilkatuetako tentsioak fluxu magnetikoaren aldaketak eta harilkatuen espira kopuruak proportzionalak dira. Harilkatuen akoplamendu magnetikoa perfektutzat hartzen baldin badugu, tentsioen arteko erlazioa harilkatuen espiretako kopuruaren arteko erlazioarekin alderantziz proportzionala dela ondorioztatzen da.

${\frac {V_{s}}{V_{p}}}={\frac {N_{s}}{N_{p}}}$

Transformadore erreala

Praktikan, ezin da transformadore ideal bat garatu. Transformadore ideal eta erreal baten ezberdintasunak honakoak dira:

• Harilkatuek erresistentzia elektrikoa eta kapazitate parasitoak dauzkate.
• Nukleoaren barruan, korronte parasitoak edo Foucaulten korronteak daude.
• Nukleoaren magnetizazio eta desmagnetizazio zikloak energia kontsumitzen du. Hori histeresi magnetikoaren ondorioz gertatzen da.
• Harilkatuetan, akoplamendu magnetikoa ez da perfektua; hau da, induktantzia edo dispertsio-fluxu bihurtzen da.
• Nukleoaren iragazkortasun magnetikoa maiztasunaren mende dago.
• Nukleoak bere geometria aldatzen du.

Harilkatuen erresistentziak, nukleoaren histeresiak eta korronte parasitoak energian galerak sortzen dituzte. Erresistentzia elektrikoaren ondorioz, harilkatuetan galdutako energiari kobre-galerak deritze. Histeresi magnetikoaren eta korronte parasitoen ondorioz galdutako energiari, ordea, burdinazko galerak deritze.

Kobrearen galerak transformadorearen karga-korrontearen mende daude koadratikoki, hau da, harilkatze bakoitzaren intentsitatearen karratuaren mende. Burdinaren galerak transformadorearen karga-mailarekiko ia independenteak dira, baina nukleoaren fluxu magnetikoaren dentsitatearen karratuarekiko proportzionalak. Era berean, histeresiak eragindako galerak maiztasun elektrikoarekiko proportzionalak dira, eta korronte parasitoak, berriz, maiztasunaren karratuarekiko proportzionalak.

Dispertsio-fluxu magnetikoak, transformadore ideal batean baino, tentsioa zertxobait txikiagoa izatea eragiten du sekundarioan.

Saturazio magnetikoak funtzionamenduaren gutxieneko maiztasuna mugatzen du, edo bestela esanda, maiztasun eta espira-kopuru jakin bat kontuan hartuz gero, primarioaren gehieneko tentsioa mugatzen du. Muga horiek gainditu eta nukleoa asetzen bada, korronte handiak agertzen dira primarioan, sekundarioaren tentsioan efektu gutxi edo batere ez dutenak. Saturazio magnetikoa primarioan espira-kopurua handituz saihets daiteke (eta, ondorioz, baita sekundarioan ere) bolumen fisiko handiagoaren eta kobrearen galera handiagoaren truke. Saturazio magnetikoak ere garrantzi handia du txertatze-korrontean; primarioko korronteak nominala baino gehiago direnez, saturazioak gainkarga saihesten du sekundarioan.

Txertatze-korronteak

Txertatze-korrontea edo magnetizazio-korronte iragankorra transformadorea sarera konektatzeko unean sortzen den korrontea da. Haren magnitudea korronte nominalaren halako 10 izan daiteke, edo halako 100 kasu bakanetan.

Transformadorearen osagaiak

Nukleoa

Nukleoa energia magnetikoa garraiatzen den tokia da. Lehenengo eta bigarren harilkatuen artean kokatzen da. Transformadorearen erabileraren arabera hainbat material izan dezake.

Materiala

Nukleoa hainbat burdin-xafla fin ezberdinez dago osatuta. Xafla hauek bata bestearen gainean daude kokatuta, elkar soldatu gabe. Fluxuak kanpora ez ateratzeko, nukleoak fluxu magnetikoa bere barnean zirkularazten du. Fluxu magnetikoa airean galtzen bada, galera handiagoak egongo dira, eta hori saihestu beharrekoa da, efizientzia txikitzen baitu. Nukleoaren egitura xafla pilatuen bitartez egiten da Foucaulten korronteak txikitzeko.

Transformadore batzuk ez dute nukleorik, eta nukleo gabeko transformadore edo airezko nukleoa duten transformadore deritze. Aire-nukleoa, funtsean, histeresiak edo Foucault-en korronteek eragindako galerarik gabeko nukleoa da. Hala ere, dispertsio-induktantzia oso handia da, eta, potentzia transmititzeko, desegokiak dira. Aitzitik, banda-zabalera oso altua dute, eta, irrati-komunikazioko aplikazioetan, maiz erabiltzen dira. Aire-nukleoen transformadoreen kontzeptuaren barruan sartzen dira haririk gabeko karga-sistemak eta Tesla harilkatuak.

Forma

Nukleoa zutabetan

Zutabe-transformadore trifasiko baten sekzioa.

Zutabe bakoitzaren inguruan, harilkatu bat dago. Goiko kulata batek eta beheko kulata batek nukleoaren zirkuitu magnetikoa ixten dute.

Nukleo korazatua edo nukleo inguratzailea

Zutabeez gain, alboetan, harilkatu gabeko bi kulata daude. Sakabanatze-fluxuak saihesten dituzte.

Nukleo toroidala

Nukleoa eraztun bat da (toroidea), normalean ferritazko konposatu artifizialez osatua, eta, horren gainean, primarioa eta sekundarioa bobinatzen dira. Tamaina handiagokoak dira, baina fluxu magnetikoa nukleoan konfinatuta geratzen da, eta sakabanatze-fluxu oso txikiak eta Foucault-en korronteek eragindako galera txikiak dituzte.

Ale orientatuko nukleoa

Nukleoa bere gainean bildua dagoen ale orientatuko burdinazko xafla batez osatuta dago, beti noranzko berean, ohiko burdin gezizko xaflen ordez. Galera oso txikiak ditu, baina garestia da. Ale orientatuko burdinazko xafla transformadore orientatuetan ere erabil daiteke (E-n dagoen txapa), galerak murriztuz.

Aire nukleoa

Maiztasun handiko aplikazioetan, harilkatuak erabiltzen dira nukleorik gabeko gurdi baten gainean edo gutxi edo gehiago karretean sartzen den ferritazko zilindro txiki batekin, bere induktantzia doitzeko.

Harilak

Materiala

Normalean burdinezkoak dira eta nukleoan kokatuta daude. Espira kopuruaren arabera (bira kopurua) tentsio altuagoa edo baxuagoa induzituko da nukleoan zehar. Transformadore monofasiko batean, espira primarioen eta sekundarioen kopurua ezberdina izaten da transformadorearen tentsioa jasotzeko edo jaisteko. Transformadore trifasiko batean, berriz, primarioan dauden espirak eta sekundarioan daudenak berdinak izan behar dute fase guztietan.

Kokapena

Harilkatze primarioa eta sekundarioa bata bestearen barruan kiribildu ohi dira. Arrazoia sakabanatze-induktantzia ahalik eta gehien murriztea eta erabilgarri dagoen nukleo magnetikoa ahalik eta gehien aprobetxatzea da. Kiribilduen artean, geruza isolatzaile bat behar da, biek tentsio desberdinetan funtzionatzen baitute. Geruza isolatzailearen lodiera lodiegia ez izateko, ohikoena da behe-tentsioko harilkatzea nukleoaren gainean kiribilduta aurkitzea, eta goi-tentsioko harilkatzea, behe-tentsioko harilkatzearen gainean kiribilduta.

Isolamendua

Transformadore baten konposatu elektrikoak tentsio ezberdinetara dagoenez, beharrezkoa da euren artean isolamendu bat izatea. Bestela, arku elektrikoak agertu daitezke, eta, horrela, transformadoreko atal ezberdinak kaltetu daitezke. Transformadore batean isolamendu ezberdinak daude:

• Nukleoaren eta harilkatuen arteko isolamendua. Goi-tentsioko transformadoreetan, olio mineralez bustitako paperezko xafla bat izaten da.
• Harilkatu ezberdinen arteko isolamendua. Goi-tentsioko transformadoreetan, olio mineralez bustitako paperezko xafla bat izaten da.
• Harilkatu batean, ondoz ondoko ez diren espiren arteko isolamendua. Transformadore baten bi espira desberdinek tentsio-maila desberdinak dituzte, eta isolatu egin behar dira. Goi-tentsioko transformadoreetan, olio mineralez bustitako paper-xafla bat edo kobrearen gaineko laka-geruza bat izan daiteke.
• Harilkatu batean, ondoz ondoko espiren arteko isolamendua. Elkarren segidako bi espirak ere tentsio maila desberdinak dituzte, eta elkarrengandik isolatu behar dira. Kobrearen gainean laka geruza fin batek egiten du funtzio hori.

Beste osagaiak

Transformadoreak duen tamainaren eta helburuaren arabera, beste osagai batzuk izan ditzake. Garrantzitsuenak hauek dira:

Hartuneen aldatzailea

Gailu elektromekaniko bat da. Horrek transformadore baten transformazio erlazioa aldatu dezake; aldaketa hori manuala izango da normalean. Normalean, bost hartune dira: horietako bat neutrala da, eta transformazio erlazio nominala adieraziko du. Beste laurek eraldaketa-erlazioa aldatzen dute gehi edo ken % 2,5 eta gehi edo ken % 5, hurrenez hurren. Horrek sekundarioko tentsioa zuzentzen laguntzen du sistemaren barraren batean gehiegi erortzen bada.

Gainpresio-errelea

Transformadorearen presio-gehikuntza berdintzen duen gailu mekaniko bat da, eta horrek leherraraz dezake. Hala ere, badira hainbat ekipo lehertzen direnak gailu hori eduki arren. Presio iragankorrentzako, bat-bateko presio-errelea dago, eta, presio iraunkorretarako, gainpresio-errelea.

Eskubakuometroa

Transformadorearen eskubakuometroa

Osagarri horrek transformadorearen olioaren eta bere ontziaren eta presio atmosferikoaren artean harrapatutako gasaren presioaren arteko aldea adierazten du. Oliotan zigilatutako ontzi-transformadoreekin soilik erabiltzen da; 7.500 kVA baino gutxiagoko instalazioetan erabiltzen diren transformadore-motak dira.

Olioaren eta ontziaren artean harrapatutako gasaren presioak hedapena edo uzkurdura jasaten du likido isolatzailearen bolumen-aldaketengatik, giro-tenperaturaren aldaketengatik edo transformadorearen berezko kargagatik. Presio altu negatiboek edo positiboek baldintza anormalak adieraz ditzakete transformadoreetan, hala nola gas-ihesa edo elementuak ontzira sartzea.

Osagarri horrek, normalean, alarmak izaten ditu presio positiboko edo negatiboko muturreko balioak detektatzeko.

Olioaren eta ontziaren artean geratzen den gasean muturreko presioak ahalbidetzeak deformazioak edo haustura eragin ditzake ontzian.

Gailu horren alarmak, normalean, transformadoreak babesteko beste gailu batzuekin lotzen dira, hala nola arintze-balbulekin.

Espantsio-ontziak

Neurri jakin bateko eta olio-bainuko hozte primarioko transformadoreetan, espantsio-ontzi bat erabiltzen da hozgarria berotzeak eragindako bolumen-gehikuntza xurgatzeko.

Buchholz errelea

Tamaina handiko eta olio-bainuan hozten diren transformadoreetan, Buchholz errele bat erabiltzen da dielektrikoaren akatsak antzemateko (material isolatzailea kiribilduen artean). Horrelako akatsek arku elektriko bat sortzen dute transformadorearen barruan, olioa deskonposatzen duena. Deskonposizio kimiko horren ondorioz, gasak sortzen dira, eta Buchholz errelean pilatzen dira olio-maila jaitsiz. Olio-mailara konektatutako etengailu batek dagozkion babesak eta alarmak martxan jartzen ditu.

Babes erreleak

Transformadorerako funtzio anitzeko babes-errelea

Elektronikaren etorrerarekin eta mikroprozesadoreek izan duten hedapen handiarekin, transformadoreak babesteko hainbat gailu daude merkatuan gaur egun.

Gailu batzuek transformadoreentzat bereziki diseinatutako babes-funtzioak dituzte, eta, gainera, horietan dauden babes elektromekanikoetan, aldaketak monitorizatzen dituzte; monitorizazio hori kontaktu digitalen bidez ematen da, eta irekitik itxira aldatzea susmatzen da; horren ondorioz, transformadoreari lotutako etengailuak irekitzen dira, eta itxiera edo alarmak blokeatzen dira.

Babes-dispositibo horietan sartzen diren funtzioen artean, honako hauek daude:

1. Gehiegizko eszitazioa (ANSI 24)
2. Gaintenperatura (ANSI 49)
3. Transformadorearen babes diferentziala (ANSI 87T)
4. Inrush korrontea detektatzean babesak blokeatzea

Kontrol-mahaia

Kontrolerako konexio elektrikoak, babes elektrikoko erreleak eta gainpresioko balbulak babesteko gailuek kontrolatzeko seinaleak ditu.

Transformadorearen ezaugarriak

Transformadoreak dituzten zirkuituak edo lineak kalkulatzeko, transformadore errealaren portaera irudikatzen duen zirkuitu baliokide bat erabiltzen da. Kasu gehienetan, nahikoa da zirkuitu baliokide horrek transformadorea erregimen iraunkorrean ordezkatzea. Iragankorrak aztertzeko, erregimen iraunkorreko zirkuitu baliokidea ez da nahikoa, eta, beraz, beharrezkoa da zirkuitu baliokide konplexuago batera eramango duten saiakuntza gehigarriak egitea.

Saiakuntzarik ohikoenak hauek dira:

• Huts-entsegua
• Zirkuitulaburraren saiakuntza
• Isolamendu-saiakuntza

Erregimen iraunkorreko transformadore baten zirkuitu baliokidea.

Huts-entsegua

Huts-saiakuntzak transformadorearen huts-inpedantzia edo eszitazio-inpedantzia eta transformazio-erlazioa zehaztea ahalbidetzen du. Huts-inpedantziak nukleoaren magnetizazio-induktantzia eta burdinaren galerak adierazten ditu. Biak transformadorearen karga-mailarekiko independentetzat jotzen dira.

Zirkuitulaburraren saiakuntza

Zirkuitulaburraren saiakuntzak transformadorearen zirkuitulaburraren inpedantzia edo serieko inpedantzia zehaztea ahalbidetzen du. Zirkuitulaburraren inpedantziak harilkatuen kobre-galerak adierazten ditu, baita sakabanatze-induktantzia eta bestelako induktantzia-parasitoak ere. Transformadorearen karga-mailaren araberakoak dira.

Isolamendu-saiakuntza

Transformadorearen bi zati isolaturen arteko erresistentzia elektrikoa neurtzeko, megohmmetro edo megger bat erabiltzen da. Fase arteko edo fase baten eta transformadorearen txasisaren arteko dielektrikoaren edo isolatzailearen egoera neurtzeko balio du. Neurriak megaohmmioen ordenan ematen ditu balioak, eta balio hori murriztu egiten da isolatzailea hondatuta badago.

Transformadore trifasikoa

Dy5 konexioa duen transformadore trifasiko baten fase-diagrama.

Transformadore trifasikoak oso garrantzitsuak dira, sistema elektrikoaren zati askotan baitaude. Transformadore mota hori tentsioa igotzeaz eta murrizteaz arduratzen da sistema elektrikoaren hainbat zatitan: Energia elektrikoa sorgailuetatik gertu sortzea horien tentsio eskasa handitzeko; Energia elektrikoaren transmisio-lineak; eta, azkenik, Energia elektrikoa banatzeko sarea, zeinarengandik energia elektrikoa tentsio txikiagoetara banatzen den etxe, denda eta industrietara. Transformadore guztiak, sorgailutik gure etxe edo industrietara sartu arte, transformadore trifasikoak dira.

Transformadore trifasiko batek 120 gradu elektrikotan desplazatutako hiru fase ditu, eta, sistema orekatuetan, magnitude bera dute. Fase bat korronte alternoa zirkulatzen duen polo positibo eta negatibo bat da.

Transformadore trifasikoak hiru eratan egin daitezke:

1. Hiru transformadore monofasiko konektatuta.
2. Korazatu motako nukleoa.
3. Nukleo motako transformadorea.

Harilkatuen konexioa

Transformadore baten harilkatu trifasikoen konexio-forma desberdinei konexio-talde esaten zaie. Lehen eta bigarren mailako harilkatzeen konexioak identifikatzeaz gain (izarrean, triangeluan edo sigi-sagan), konexio-taldeak transformadoreak lotutako sistema trifasikoen linea primario eta sekundarioen tentsioen arteko desfasea adierazten du. Energia elektrikoaren banaketan, gehien erabiltzen diren konexio-taldeak honako hauek dira: Dy5 (primarioa triangeluan, sekundarioa izarrean, desfasatzea 150 gradu) eta Dy11 (triangelua, izarra, 330 gradu), Yy0 (izarra, izarra, 0 gradu), Yd11 (izarra, triangelua, 330 gradu), besteak beste. Konexio-taldearen kontzeptu praktikoak garrantzia hartzen du eragiketa seguru bat egiteko transformadoreak paraleloan jartzean.

Aireztapen motak

Sare elektrikoaren transformadoreek potentzia elektrikoaren fluxu garrantzitsua maneiatzen dute. Kobrean eta burdinan izandako galeren ondorioz, transformadoreek bero handia sortzen dute hustu beharreko galeren ondorioz. Transformadorean hainbat aireztapen mota daude.

Aireztapena izan daiteke:

• Konbekzio naturalaren (N) bitartez. Fluido hoztailea modu naturalean mugitzen da.
• Konbekzio behartuaren (F) bitartez. Fluido hoztailea indarrez mugitzen da, ponpa edo haizagailu batekin.
• Konbekzio behartua hozkailu baten bidez (D)

Transformadorearen apalaren barruko hozgarria hainbat motatakoa da:

• Olioa edo likido isolatzaileak, ≤300 °C sugar-puntuarekin (O ingelesezko Oiletik ingelesetik).
• Likido isolatzaileak, >300 °C sugar-puntuarekin (K).
• Likido isolatzaileak, sugar-puntu ez-neurgarriarekin (L).
• Ura (W, ingelesezko Wateretik).
• Gasa (G, ingelesezko Gasetik).
• Airea (A, ingelesezko Airetik).

Aireztapenak izendatzen duen nomenklatura XYXY motakoa da. Bertan, X-k hozgarri mota adierazten du; Y-k aireztapen erabilia adierazten du; lehen XY parea hozte-zirkuitu primarioari dagokio, eta bigarren XY parea, zirkuitu sekundarioari. Adibidez:

• ONAN - Lehen mailako hoztea konbekzio naturaleko olioarekin eta bigarren mailako hoztea konbekzio naturaleko airearekin.
• ONAF - Lehen mailako hoztea konbekzio naturaleko olioarekin eta bigarren mailako hoztea konbekzio behartuko airearekin.
• ONWF - Lehen mailako hoztea olioarekin konbekzio naturalean eta bigarren mailako hoztea urarekin konbekzio behartuan.
• OFAF - Lehen mailako hoztea konbekzio behartuko olioarekin eta bigarren mailako hoztea konbekzio behartuko airearekin.

Transformadoreetan galeren ondorioz sortzen den beroa behar den bezala husten ez denean, harilkatuen material isolatzaileak hondatu daitezke. Bero hori husteko, hainbat hozte-metodo erabiltzen dira transformadorearen potentzia izendatuaren eta haren kokapenaren arabera, hala nola:

Transformadoreak potentzia txikikoak badira (50 kVA-rainokoak), hozte prozesua, hala, horiek biltzen dituen airea aprobetxatuz egiten da. Horretarako, estalkia irekidura batzuekin eraikitzen da, airea transformadoreetatik modu naturalean zirkulatu ahal izateko (konbekzio bidezko aireztapena). Aireztapen hori nahikoa ez bada, transformadorearen hozte-prozesua indartzen duten haizagailuak gehitzen dira.

Transformadoreak potentzia ertaineko banaketakoak badira (200 kVA baino gutxiago), olio mineralean edo silikonan murgiltzen dira. Olioak transformadorearen beroa kanpora transmititzen du konbekzio natural bidez. Gainera, olioarekin, goi-tentsioko harilkatuen isolamendua hobetzen da.

Transformadoreak potentzia handiko banaketakoak badira, hozte-hegalak gehitzen dira transformadorearen kanpoko estalkian. Gainera, olio beroa transformadorearen barrutik hegats horietara eramaten da hozte-prozesua bizkortzeko. Potentzia handiagoko transformadoreetarako, kanpoko erradiadoreen ebakuazioa bultzatzen duten haizagailuak gehitu daitezke.

Oliodun transformadoreetan, tenperatura igoerekin, dilatatzeko joera izaten da, eta, beraz, gainpresiorik ez izateko, olio-ontzi gainean, hedapen-ontzi zilindriko bat jartzen da, erdi beteta eta kanpoaldearekin kontaktuan zulo baten bidez. Kanpotik biltegira hezetasuna sar ez dadin (olioaren ezaugarriak alda ditzake), iragazki moduko bat jartzen da kanpotik sar daitekeen hezetasuna xurgatzeko. Gailu horri lehorgailu esaten zaio, eta hezetasuna xurgatzen duten gatzak izaten ditu, hala nola silikagela. Lehorgailuak, denborarekin hezetasuna asetzen duenean, kolorea aldatzen du, eta horrek adierazten digu xurgapen-substantziak berritu behar direla. Olio bidezko hozte-sistemari zirkuituko gainpresioaren aurrean babes-sistema egokia emateko, Buchholz errelea instalatzen da bertan. Gailu hori ontziaren eta espantsio-ontziaren arteko hozte-zirkuituan tartekatzen da. Hozteko zirkuituko gainpresio-egoeretan, zirkuitulabur batek edo isolamendu-falta batek eraginda, Buchholz erreleak transformadorea deskonektatu edo alarma-seinale bat eragin dezake gertakariaren larritasunaren arabera. Era berean, olio-maila azkar jaisten bada ere jarduten du olioak ihes egiten badu.

Gomendatutako potentziak

20 MVA-tik gorako potentzien transformadoreentzat gogokoen diren balioak ISO3:1973 arauan emandako R10 seriearen araberakoak izan beharko lirateke. Honako hauek dira gogokoen dituzten zenbakiak: (...100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, etab.) kVA.

Aplikazioak

Limestoneko sorkuntza-instalazioko transformadorea Manitoba, Kanada

Aplikazio elektrikoko hainbat diseinuk transformadore mota desberdinak eskatzen dituzte. Guztiek transformadorearen printzipioen oinarrizko ezaugarriak partekatzen dituzten arren, fabrikazio-prozesuan, zenbait aldaketa egiten dira haren propietate elektrikoetan instalazio-eskakizun edo aplikazio berezi batzuetarako. Ekoitzitako energia elektriko gehiena transformadore batetik igaro da azken kontsumitzailearengana iritsi aurretik.

Energia elektrikoa transmititzeko prozesuan, transformadoreek potentzia elektrikoa tentsio handietan transmititzea ahalbidetzen dute, eta horrek galerak murrizten ditu kableak berotzearen ondorioz. Horri esker, kontsumitzaile elektrikoengandik urrun dauden sorkuntza-plantek bideragarritasun ekonomikoa dute.

Gailu elektroniko askotan, transformadorea banaketa-kableen tentsioa zirkuituaren eskakizunetarako egokiak diren balioetara aldatzeko erabiltzen da, dela potentziaren maiztasunean edo iturri kommutatu baten bidez.

Seinale- eta audio-transformadoreak anplifikadoreen etapak akoplatzeko eta anplifikadoreen sarreran mikrofonoak eta grabagailuak bezalako gailuak akoplatzeko erabiltzen dira. Audio-transformadoreek telefonia-zirkuituek elkarrizketa bat bi kanaletara eramateko aukera ematen dute kable pare baten bidez. Balun transformadore batek lurrari erreferentzia egiten dion seinale bat lurrari kulunkatutako tentsioak dituen seinale bihurtzen du, izan kanpoko kableen edo barne-zirkuituen artean. Isolamendu-transformadoreek bigarren mailako zirkuituaren arteko korronte-ihesa murrizten dute, eta ekipo medikoetan eta eraikuntza-obretan erabiltzen dira. Transformadore erresonatzaileak irrati-hargailuen etapetan edo goi-tentsioko Teslaren hariletan akoplatzeko erabiltzen dira.

Historia

Déri, Bláthy eta Zipernowskyren transformadorea, 1885, Budapest.

Lehen urratsak: indukzio-harilekin egindako esperimentuak

Transformadorearen funtzionamendua oinarritzen den Indukzio elektromagnetiko fenomenoa, Michael Faradayk aurkitu zuen 1831n, funtsean oinarritzen da zirkuitu itxi bat zeharkatzen duen fluxu magnetikoaren edozein aldaketak korronte induzitua sortzen duela eta korronte induzitua fluxu magnetikoaren aldaketa gertatzen den bitartean bakarrik mantentzen delako printzipioan.

Lehen indukzio harila Nicholas Joseph Callan apaizak asmatu zuen Maynooth Unibertsitatean, Irlandan, 1836an. Callan izan zen ezen zenbat eta espira gehiago egon sekundarioan, harilkatze primarioari dagokionez, orduan eta handiagoa zela tentsio elektrikoaren igoera konturatu zen lehen ikertzaileetako bat.

Zientzialariek eta ikertzaileek, baterietan tentsio handiagoak lortzeko, indukzio-harilen eboluzio bilaketan oinarritu zituzten beren ahaleginak. Korronte aldizkatzailearen ordez (CA), beren ekintza do&break mekanismo bibratzaile batean oinarritu zen, erregularki baterien korronte zuzenaren (DC) fluxua eteten zuena.

1830eko hamarkadaren eta 1870eko hamarkadaren artean indukzio-haril hobeak eraikitzeko ahaleginek, gehienak saiakuntza eta akats bidez, pixkana transformadoreen oinarrizko printzipioak agerian utzi zituzten. Diseinu praktiko eta eraginkor bat ez zen 1880ko hamarkadara arte agertu; orduan, transformadoreak paper erabakigarria izango zuen Korronteen Gerran, non korronte aldizkatzaileko banaketa-sistemek arrakasta izan zuten korronte zuzeneko beren homologoekiko; ordutik mantentzen du posizio menderatzailea.

1876an, Pavel Yablochkov ingeniari errusiarrak indukzio-haril multzo batean oinarritutako argiztapen-sistema bat asmatu zuen. Haril primarioa korronte aldizkatzaile iturri batera konektatzen zen, eta harilkatu sekundarioak berak diseinatutako arku-lanpara batzuetara konekta zitezkeen. Sisteman erabilitako harilek transformadore primitibo gisa jokatzen zuten. Patentean argudiatu zuen: sistemak energia-iturri elektriko bakar batetik datozen argi-intentsitate desberdineko hainbat argiztapen-puntu bereiz hornitu ahal izango ditu.

1878an, Hungariako Ganz enpresako ingeniariek beren ingeniaritza-baliabideen zati bat esleitu zuten Austria eta Hungariarako argiztapen elektrikoko aparatuak fabrikatzeko. 1883an, berrogeita hamar instalazio baino gehiago egin zituzten helburu horretarako. Bi lanpara gori, arku-lanpara, sorgailu eta beste osagarri batzuk zituen sistema bat eskaintzen zuen.

1882an, Lucien Gaulardek eta John Dixon Gibbsek, lehen aldiz, Londresen sorgailu sekundarioa izeneko burdinazko nukleoa zuen gailu bat erakutsi zuten; ondoren, ideia Westinghouse Electric konpainia estatubatuarrari saldu zioten. Sistema hori Turinen ere erakutsi zen, Italian, 1884an, non argien sistema elektrikorako erabili zen.

Lehen transformadorearen sorkuntza

1884 eta 1885 artean, Miksa Déri, Ottó Titusz Bláthy eta Károly Zipernowsky hungariar ingeniariek, herrialde horretako Ganz konpainiakoek, korronte aldizkatzaileko transformadorearen DBZ eredua sortu zuten Gaulard eta Gibbsen diseinu batean oinarritua (Gaulard eta Gibbsek nukleo irekiko eredu bakarra diseinatu zuten). Transformadoreen formula matematikoa aurkitu zuten:

${\frac {V_{s}}{V_{p}}}={\frac {N_{s}}{N_{p}}}$

non $V_{s}$ sekundarioaren tentsioa den eta $N_{s}$ sekundarioko espira-kopurua den; $V_{p}$ eta $N_{p}$ primarioarekin bat datozen.

Bere patente-eskaerak Ottó Titusz Bláthyk sortutako transformadore hitzaren lehen erabilera egin zuen.

1885ean, George Westinghousek DBZren patenteak eta Gaulard eta Gibbsenak erosi zituen. Hark, William Stanley jaunari, erabilera komertzialerako ZBD motako transformadore bat eraikitzeko agindu zion. Diseinu hori, komertzialki, 1886an erabili zen lehen aldiz.

Beste informazio interesgarri batzuk

Transformadoreak erabiltzen zituen energia elektrikoa banatzeko lehen korronte aldizkatzaileko merkataritza-sistema 1886an jarri zen martxan Ameriketako Estatu Batuetako Great Baringtonen (Massachusetts). Urte horretan bertan, elektrizitatea korronte aldizkatzaileko 2.000 voltera transmititu zen 30 kilometroko distantziara, Cerchin (Italia) eraikitako linea batean. Hasierako aplikazio txiki horretatik abiatuta, industria elektrikoa munduan zabaldu da, eta, gaur egun, herrien garapen-faktorea da, industria horretan parte eraldatzaile garrantzitsua transformadorea izanik. Hemen deskribatu den tresna aplikazio bat da, hainbaten artean, Ruhmkorffen hasierako hariletik edo Ruhmkorffen karretetik eratorria, bi haril zentrokide zituena. Haril bati, primarioa deitua, bateria batetik zetorren korronte jarraitu bat aplikatzen zitzaion bateriaren energiak berak erdiko burdinazko nukleo batean sortutako magnetismoak mugitutako apurtzaile baten bidez kommutatua. Horrela sortutako eremu magnetikoa etenen arabera aldatzen zen, eta, beste harilkatzean, sekundarioa deitua eta askoz espira gehiagorekin, balio gutxiko korronte bat induzitzen zitzaion, baina, muturretara konektatutako txinparta baten punten artean, jauzi egiteko gai zen indar elektriko batekin.

Era berean, Ford T automobilaren antzinako ignizio-harilak sortu zituen, Buxia bakoitzeko bat zuena eta sekuentzia egokian, haril bakoitzean zehar, korrontea bidaltzen zuen banatzaile batek gidatuak.

Transformadore motak

Neurketa-transformadoreak

Neurketa-transformadoreen helburua ez da energia primariotik sekundariora transmititzea. Horiek sareko magnitudeak (korrontea eta tentsioa) neurketa eremuetara egokitzea dute helburu. Bi neurketa transformadore daude: korronte-transformadorea eta tentsio-transformadorea.

Korronte-transformadorea

Sekundarioan, korronte primarioarekiko proportzionala den korronte normalizatu bat hornitzen dute. Transformadore horiek induktiboak dira, eta seriean konektatzen dira.

Korronte-transformadoreen helburua linea edo eroale batetik zirkulatzen duen intentsitatea eraldatzea da. Horregatik, primariotik sekundariora oso potentzia txikia eraldatzen dute. Ezin dute hutsean lan egin, eta ia-ia zirkuitulaburrean lan egiten dute.

Tentsio-transformadorea

Neurgailuen hari voltmetrikoak elikatzeko, tentsio-transformadoreak erabiltzen dira. Neurketa transformadore horiek paraleloan konektatzen dira. Ia-ia hutsean lan egiten dute, eta segurtasun arrazoiengatik sekundarioa lurrera konektatuta dago. Potentzia-transformadore monofasikoak bezala konektatzen dira, eta, funtzionamendu printzipioaren aldetik, antzekoak dira. Ezin dute zirkuitulaburrean lan egin, eta ia-ia hutsean egiten dute lan.

Ikus, gainera

Tentsio-zatitzaile

Kanpo estekak

• EHU, Fisika: Zirkuitu akoplatuak (I). Transformadorea
• Transformadorea: zerbitzari isila, zientzia.net

• Datuak: Q11658
• Multimedia: Transformers / Q11658