Pots explicar com funciona un transformador elèctric i la seva importància a la xarxa elèctrica?

El principi de funcionament i la importància dels transformadors elèctrics en la xarxa elèctrica es poden explicar des de diversos punts de vista:

Principi de funcionament

El principi bàsic de funcionament d'un transformador elèctric es basa en la llei de l'inducció electromagnètica. Principalment consta de dos bobinages, un anomenat bobinat primari (o primer bobinat) i l'altre anomenat bobinat secundari (o segon bobinat). Quan el bobinat primari s'acopla a una font d'energia elèctrica alternada, la corrent produeix un flux magnètic variable que es forma al nucli de ferro, i aquest flux passa simultàniament pels dos bobinages.

Segons la llei de l'inducció electromagnètica, quan el flux canvia, generarà una força electromotriu induïda en els bobinages. Si el bobinat secundari està connectat a una càrrega, llavors la corrent en el bobinat secundari canviarà segons la tensió en el bobinat primari i la relació entre el nombre de voltants en els bobinages, així realitzant la transformació de la tensió.

Específicament, quan la tensió i la corrent del bobinat primari estan determinades, la tensió i la corrent del bobinat secundari es poden calcular utilitzant les següents fórmules:

Relació de tensions: La relació entre la tensió primària i la tensió secundària (relació de voltants) d'un transformador és igual a la relació entre el nombre de voltants en el bobinat primari i el nombre de voltants en el bobinat secundari, és a dir,

U2/U1=N2/N1

Relació de corrents: La relació entre la corrent primària i la corrent secundària en un transformador és igual al recíproc de la relació entre els voltants en el bobinat primari i els voltants en el bobinat secundari, és a dir,

I2/I1=N1/N2

Importància en la xarxa elèctrica

• Regulació de tensió: Els transformadors elèctrics poden convertir una alta tensió en una baixa tensió o viceversa per satisfer les necessitats de diferents usuaris. Això és particularment important per a la transmissió a llarga distància, ja que una alta tensió durant la transmissió pot reduir la pèrdua d'energia i millorar l'eficiència.

• Aïllament i protecció: Els transformadors aïllen físicament circuits de diferents nivells de tensió per evitar la interferència de la corrent i que els errors de circuit afectin tot el sistema. També tenen funcions protectores com la protecció contra sobrecàrrega i la protecció contra curtes circuits per assegurar el funcionament segur de la xarxa elèctrica.

• Millora de l'eficiència energètica: Ajustant la tensió, els transformadors poden distribuir l'energia elèctrica de manera més eficient, reduint la pèrdua d'energia durant la transmissió i l'ús.

• Flexibilitat i diversitat: Les diverses dissenys de transformadors (com els transformadors elevadors i rebaixadors) permeten als sistemes elèctrics abordar flexiblement diferents escenaris, incloent-hi la transmissió a llarga distància, la distribució urbana i l'ús industrial.

• Subministrament d'energia estable: Els transformadors poden ajustar la seva sortida segons els canvis en la demanda d'energia, assegurant la stabilitat i la fiabilitat de la xarxa elèctrica.

En resum, els transformadors elèctrics juguen un paper crucial en el sistema elèctric i són equips clau per assegurar la transmissió eficient i segura de l'electricitat.