Transformatoare electrice [610020]

1

CAPITOLUL I
Transformatoare electrice

1.1. Definiția transformatorului electric

Transformatorul electric este un aparat static, utilizat pentru modificarea parametrilor
puterii electromagnetice primite de la o rețea de curent alternativ și transferarea acesteia la o altă
rețea de curent alternativ.
Parametrii modificați sunt tensiunea și intensitatea curentului, păstrându -se frecvența
constantă. Se poate modifica și numărul de fraze.

Din punct de vedere constructiv, transformatorul are două părți princi pale:
1) circuitul magnetic – reprezentat de miezul de fier și construit din tole de oțel
electrotehnic pentru reducerea pierderilor în fier;
2) circuitele electrice – reprezentate de două sau mai multe înfășurări din Cu sau Al,
realizate în jurul circuitului ma gnetic, fiind deci cuplate inductiv.
Înfășurarea care primește energia de la o sursă se numește înfășurare primară, iar cea care
cedează energia unei rețele sau unui consumator se numește înfășurare secundară.
Infășurarea care primește energia de la o surs ă se numește infășurare primară, iar cea care
cedează energia unei rețele sau unui consumator se numește infășurare secundară. După cum
tensiunea înfășurării secundare este mai mare sau mai mică decat cea a înfășurării primare,
transformatorul este ridicăt or sau coborator de tensiune.
După numărul de faze putem avea transformatoare monofazate, trifazate sau speciale
(ex:tri -hexafazate).

Datele nominale ale unui transformator sunt:
– puterea nominală -SN (VA) – reprezintă puterea aparentă la bornele circuitului secundar;
– tensiunea nominală primară -U1N(V)-reprezintă tensiunea aplicată înfășurării primare în
regim nominal;
– tensiunea nominală secundară -U2N(V)-este tensiunea rezultată la bornele secundare, la
mersul în gol, primarul fiind alimentat cu tensiunea U 1N ;
– raportul nominal de transformare – k- este raportul între tensiunea primară și cea
secundară la mersul în gol;
– curentul nominal (primar și secundar) – curentul de linie I 1N,I2N(A);
– tensiune a nominală de scurtcircuit -usc-tensiunea aplicată unei înfășurări cand cealaltă
este legată în scurtcircuit, iar în înfășurarea alimentată curentul are valoare nominală;
frecvența nominală – 50Hz în Europa, 60 în America de Nord;

1.2. Principiul de funcționare . Clasificare.

Presupunem că ambele circuite ale transformatorului au spirele înfășurate în același sens
și că au N 1 respectiv N 2 spire. Transformatorul se consideră că funcționează în gol (i 2=0, adică
circuitul secundar este deschis). Dacă se aplică tran sformatorului tensiunea alternativă u 1 de
valoare efectivă U 1 în primar apare curentul de intensitate i 1 și valoare efectivă I 1. Acesta, dă
naștere unui flux magnetic alternativ având valoarea instantanee Φ = Φ mcos ωt. Acest flux variabil
care străbate spi rele ambelor înfășurări face să apară în cele N 1 spire ale primarului o t.e.m. de
autoinducție:

2

iar în secundar, t.e.m. este:

Facem raportul celor două relații:

Conform legii lui Ohm , în circuitul primar suma dintre tensiunea de alimentare u 1 și t.e.m.
de autoinducție e 1 trebuie să fie egală cu căderea de tensiune din primar:
u1 + e 1 = R 1 i1
unde R1 este rezistența primarului. De obicei, valoarea lui R 1 este mică și produ sul R 1i1
se poate neglija, astfel încât:
e1 ≈ -u1
Semnul „−” arată că t.e.m. de autoinducție e 1 este în opoziție de fază cu tensiunea rețelei
de alimentare a transformatorului, u 1. La funcționarea în gol a transformatorului, t.e.m. e 2 este
egală cu tensiun ea u 2 de la bornele secundarului:
e2 = -u2
Rezultă deci, că:

T.e.m. e 1 și e 2 sunt în fază, iar tensiunile u 1 și u 2 sunt în opoziție de fază (semnul – din
fața raportului u 1 / u2 indică această defazare, de π radiani). În valoare absolută, rezultă o relație și
între valorile efective ale mărimilor alternative:

Raportul tensiunilor la bornele înfășurărilor, la mersul în gol al transformatorului, notat
cu k, se numește raportul de transformare al transformatorului. Dacă k < 1, u 2 > u 1, transformatorul
poartă denumirea de transformator ridicător de tensiune , iar dacă k > 1, u 2 < u 1, se numește
transformator coborâtor de tensiune . Când k = 1, u 2 = u 1, transformatorul servește la separarea
electrică a circuitelor (sunt folosite în unele montaje din electronică).
Dacă la bornele transformatorului se conectează un consumator rezistiv de rezistență R S,
prin circuitul secundar va apărea curentul de intensitate i 2. În acest caz, u 2 ≈ e 2 deoarece apare
căderea de tensiune pe sarcină R S i2. În condiții normale (nominale) de funcționare, diferența e 2 –
u2 este mică, deoarece și pierderile Joule în secundarul transformatorului sunt mici. Se poate deci
considera că practic, puterea P 1 din pri mar și cea din secundar P 2 sunt egale: P 1 = P 2 sau U 1I1 =
U2I2, de unde:

Deoarece transformatoarele au un randament foarte mare (la cele de puteri mari fiind
peste 99,5%), această relație constituie o foarte bună aproximare.
Pentru cazul transformatorulu i care funcționează în sarcină, în sensul că la bornele
primarului se aplică tensiunea alternativă u 1, iar la bornele înfășurării secundare este conectat un
receptor (consumator), procesele fizice sunt, în principal, următoarele: circuitul secundar fiind
închis printr -un consumator oarecare, rezistiv sau rezistiv -reactiv, t.e.m. e 2 produce în el un curent
de intensitate i 2. Acest curent produce la rândul său un flux Φ 2 care, conform legii lui Lenz , este
de sens contrar fluxului creat de curentul primar, denumit flux de regim Φ 1. Având în vedere faptul
că transferul de putere din primar în secundar (realizat prin cuplaj magne tic) face să apară o serie
de pierderi de natură electrică și magnetică (prin efect Joule în înfășurări și pierderi prin curenți

3
turbionari și histerezis în miezul de fier) valoarea maximă a fluxului Φ 2 este mai mică decât
valoarea maximă a lui Φ 1. Diferența celor două flu xuri constituie fluxul principal prin
transformator și este practic egal cu fluxul Φ = Φ m cos ωt produs de curentul primar la mersul în
gol al transformatorului: Φ = Φ 1 – Φ2 = Φ m cos ωt. La o creștere a sarcinii, valoarea maximă a lui
Φ2 crește și are ca e fect tendința de scădere a fluxului principal Φ. Ca efect, din relația:

rezultă că valoarea efectivă I 1 crește. Creșterea lui I 1 implică creșterea valorii maxime a
fluxului Φ 1. Ca urmare, Φ m rămâne practic constant în raport cu variația sarcinii.
Așadar, când crește sarcina transformatorului, adică crește I 2, crește și intensitatea
curentului I 1 prin circuitul primar, deoarece puterea furnizată în secundar crește și deci trebuie să
crească și puterea absorbită de primar de la rețeaua de alimentare. Invers , la scăderea puterii în
secundar, scade și puterea absorbită de primar.

Fig. 1 Principiul de funcționare al transformatorului

Principalele tipuri de transformatoare. Transformatoarele folosite în mod curent se pot
clasifica în următoarele tipuri:
– Transformatoare de putere, folosite pentru transportul și distribuția energiei
electrice ;
– Autotransformatoare, folosite pentru transformarea tensiunii în limite restrânse ;
– Transformatoare de măsură, folosite pentru conectarea aparatelor de măsură (se
construiesc transformatoare de măsură reductoare de tensiune și transformatoare de măsură
reductoare de curent) ;
– Transformatoare cu destinații special, cum sunt, de exemplu cele folosite pentru
sudură, pentru cuptoare electrice, pentru încercări, etc.
După f elul curentului alternativ, transformatoarele pot fi monofazate sau polifazate. Cele
mai răspândite sunt transformatoarele de putere trifazate, folosite pentru transportul și distribuția
energiei electrice.

4
1.3. Generalități specifice regimurilor de lucru

Situațiile în care poate funcționa un transformator sunt următoarele: funcționare în gol,
funcționare în sarcină și funcționare în scurtcircuit.
Deși transformatoarele cele mai folosite sunt cele trifazate, explicarea fenomenelor care
se produc în cele trei situații de funcționare se va face pentru simplificare, considerând un
transformator monofazat.

1.3.1. Funcționarea în gol

În cazul când la înfășurarea secundară nu este racordată o sarcină și înfășurarea primară
este legată la o rețea de alimentare, se sp une că transformatorul funcționează în gol (fig.1).
În acest regim de funcționare, dacă la bornele înfășurării primare se aplică o tensiune
alternativă U1, în înfășurare va circula un curent i0. Acest curent, produce la râ ndul lui, o t.e.m.
alternativă car e determină un flux alternativ ϕ. Acesta trece prin tot miezul de fier, traversând deci
și spirele înfășurării secundare. Fluxul fiind alternativ, ca și tensiunea U1, determină în spirele
înfășurării secundare o t.e.m. (tensiune electromotoare) e2 și, deci , la bornele secundare o ale
transformatorului apare o tensiune alternativă U2.
La funcționarea în gol, între tensiunile primară și secundară și numărul de spire din
înfășurările primară și secundară există relația:

𝑈1
𝑈2=𝑛1
𝑛2=𝐾

în care:
U1 este tensiunea primară
U2 – tensiunea secundară
n1 – numărul de spire din înfășurarea primară
n2 – numărul de spire din înfășurarea secundară
K – raportul de transformare al transformatorului.

La funcționarea în sarcină există o diferență între 𝑈1
𝑈2 și 𝑛1
𝑛2, care este foarte mică pentru
regimurile normale de funcționare.
Determinarea raportului de transformare prin măsurarea celor două tensiuni se face numai
la mersul în gol al transformatorului.
Conform legii lui Lenz, în înfășurarea primară se produce o forță contra -electromotoare
e1, numită astfel deoarece este de sens contrar față de U1.
Dacă n -ar exista anumite pierderi, forța contra -electromotoare e1 ar fi egală în mărime cu
U1. Se știe însă că în miezul de fier apar pierderi prin histerezis și curenț i turbionari. Pierderile
prin histerezis produc o încălzire a fierului datorită schimbării alternative de sens a forței
magnetomotoare, deci o pierdere reală de energie. Pierderile prin curenți turbionari se datoresc
curenților de inducție care se produc î n masa metalică aflată într -un câmp magnetic variabil în
timp. Datorită acelor curenți se dezvoltă căldură prin efect Joule -Lorentz, adică o altă pierdere
reală de energie.
Pierderile prin histe rezis și prin curenți turbionari reprezintă pierderile în gol ale
transformatorului sau pierderile în fier. Aceste pierderi sunt egale cu energia absorbită de
transformator din rețeaua de alimentare la funcționare în gol.

5
1.3.2. Funcționarea în sarcină

Dacă la înfășurarea secundară se racordează un receptor de energie, de exemplu o
întreprindere (fig. 2), prin această înfășurare va circula un curent i2 proporțional cu sarcina , iar
transformatorul funcționează în sarcină.
Acțiunea acestui curent este de a se opune curentului de magnetizare i0, deci de a slăbi
liniile de flux din mie zul de fier și, odată cu acesta, și t.e.m . Rezultatul este că transformatorul
absoarbe de la rețeaua de alimentare, pe lângă i0, un curent adițional i1. Acest curent i1 capătă în
orice moment valoarea necesară pentru ca să echilibreze cererea d e curent i2 din secundar.

Fig. 2 Funcționarea transformatorului în sarcină

De asemenea, se poate spune că puterea absorbită de transformator de la rețea se reglează
în mod automat după puterea pe care acesta o debitează în rețeaua racordată la înfășurarea
secundară.
Faptul că fluxul corespunzător unei tensiuni U1 rămâne practic constant, când sarcina
variază, constituie o proprietate fundamentală a transformatorului.
Când transformatorul este pus în sarcină, curenții care parcurg înfășurările pr imară și
secundară produc pierderi prin efect Joule -Lorentz. Aceste pierderi, numite pierderi în cupru,
produc încălzirea înfășurărilor.

Căderea de tensiune în sarcină

La funcționarea transformatorului în sarcină apare fenomenul dispersiunii sau al
scăderilor de flux. Acest fenomen constă în faptul că nu întreg fluxul străbate ambele înfășurări,
folosind ca drum numai fierul. O parte din flux – fluxul de scăpări – iese pe la capătul înfășurării
și se întoarce prin aer (fig. 3), intrând în aceeași înf ășurare pe la celălalt capăt. Acest fapt se petrece
la ambele înfășurări.
Ca urmare, la transformatorul în sarcină, tensiunea U2 de la bornele secundarului va
scădea.
De asemenea, curentul primar și cel secundar, datorită rezistențelor ohmice ale
înfășurăr ilor, vor produce căderi de tensiune.
Din cele arătate mai sus rezultă că, la funcționarea transformatorului în sarcină, raportul
dintre tensiunile primară și secundară nu mai este egal cu raportul de transformare considerat la
mersul în gol.

6

Fig. 3 Fluxul de scăpări la transformator

1.3.3. Funcționarea în scurtcircuit

Dacă bornele înfășurării secundare se leagă între ele cu un conductor de rezistență
neglijabilă, înfășurarea primară fiind alimentată la tensiunea U1, se spune că transformatorul
lucrează în scurtcircuit.
Dacă se scurtcircuitează secunda rul printr -un ampermetru (fig. 4), iar la bornele
primarului se aplică o tensiune progresivă până când am permetrul indică curentul nominal de
sarcină i2, se poate citi, cu ajutorul u nui voltmetru montat în derivație pe primar, tensiunea de
scurtcircuit Uk. Această tensiune reprezintă abia câteva procente din tensiunea normală U1 și este
de o deosebiră importanță în dimensionarea și alegerea transformatoarelor. Tensiunea de
scurtcircui t este de asemenea indicată prin standarde.

Fig. 4 Funcționarea transformatorului în scurtcircuit

7
1.4. Randamentul transformatorului

Așa cum s -a arătat mai sus, la transformarea energiei electrice în transformator se
produc pierderi rezultate din pierderile în cup ru și din pierderile în fier.
S-a arătat, de asemenea, că pierderile în cupru sunt determinate de curenții care
parcurg înfășurările primară și secundară ale transformatorului. Aceste pierderi variază cu pătratul
curentului. Pierderile în fier rezultă din pierderi prin histerezis și din pierderi prin curenți turbionari
în miezul transformatorului. Pe lângă acestea, curenții turbionari apar și în părțile metalice așezate
în apropiere (cuvă, buloane, etc.). Pierderile în fier sunt determinat e de fluxul magnetic și, deoarece
fluxul nu variază aproape deloc cu sarcina, pierderile în fier rămân aproape constate, indiferent de
sarcină.

Randamentul transformatorului reprezintă raportul dintre puterea P2 debitată de
transformator și puterea P1 absorbită, adică:

𝜂=𝑃2
𝑃1=𝑃1−(𝑃𝐹𝑒+𝑃𝐶𝑢)
𝑃1

unde:
P2 este puterea debitată de transformator în circuitul secundar
P1 – puterea absorbită de transformator în circuitul primar
𝑃𝐹𝑒 sunt pierderile în fier (miez, cuvă, buloane, etc.)
𝑃𝐶𝑢 – pierderi totale în cele două înfășurări.

8

CAPITOLUL II
Transformatoare trifazate

2.1. Generalități

Transformatoarele trifazate sunt foarte răspândite, fiind folosite în transportul
și distribuția energiei electrice.
Forma constructivă cel mai des folosită pentru circuitul magnetic al
transformatorului trifazat constă în trei coloane reunite în partea lor inferioară și
superioară care se închid fluxurile magnetice (fig. 5).
Pe coloane se așează înfășurările celor trei faze. Fluxurile magnetice crea te de
fiecare fază în parte sunt defazate între ele cu 1200. Înfășurările transformatorului
pot avea conexiunile în stea, în triunghi sau în zigzag.
Ieșirile înfășurărilor de înaltă tensiune se notează cu litere mari iar cele de la
înfășurările de joasă tensiune, cu litere mici. Astfel:
A, B, C reprezintă începuturile înfășurării de înaltă tensiune ;
X, Y, Z reprezintă sfârșitul înfășurării de înaltă tensiune;
a, b,c, reprezintă începutul înfășurării de joasă tensiune;
x, y, z reprezintă sfârșitul înfășurării de joasă tensiune.

Fig. 5 Transformator trifazat

Ieșirile rezultate din unirea capetelor înfășurărilor fazelor, adică punctele
neutre, se notează cu O și, respectiv, cu o.
În schemele, notațiile literare sunt indicate în ordinea în care ele se prezintă
observatorului care stă înaintea transformatorului, de partea tensiunii respective. În
diagramele vectoriale ale forțelor electromotoare succesiunea normală a vectorilor
trebuie să fie următoarea: vectorul tensiunii fazei B este cu 1200 în urma vectorului
tensiunii fazei A, iar vectorul tensiunii fazei C este cu 2400 în urmă față de A.

9

2.1.1. Conexiuni de bază

Înfășurările de înaltă tensiune sau joasă tensiune ale transformatoarelor
trifazate pot fi legate în stea sau în triunghi. P entru bobinajul de joasă tensiune se
mai utilizează și conexiunea în zigzag.
Figura 6 arată modul de legare a înfășurărilor de pe cele trei faze pentru
realizarea celor trei tipuri de conexiuni. Conexiunea în zigzag se folosește în cazul
sarcinilor secund are dezechilibrate. Datorită repartizării sarcinii de pe o fază
secundară pe două faze primare, curenții primari vor fi mult mai echilibrați.

Fig. 6 Conexiunile bobinajelor transformatoarelor trifazate

2.1.2. Grupe de conexiuni

Întrucât atât înfășurarea primară, cât și cea secundară pot avea diferite
conexiuni și deoarece unei conexiuni în primar îi pot corespunde altfel de conexiuni
în secundar, rezultă mai multe combinații posibile. Cele mai folosite conexiuni sunt
următoarele șase: stea – stea, stea – triunghi, stea – zigzag, triunghi – stea, triunghi
– triunghi și triunghi – zigzag. Deoarece înfășurarea primară și cea secundară pot fi
executate în sens invers una față de cealaltă, din cele șase conexiuni uzuale arătate
mai sus, rezultă de f apt 12 tipuri de conexiune folosite în mod curent.
Aceste 12 moduri de conexiune sunt clasate în patru grupe care se deosebesc
între ele prin unghiul de defazaj al tensiunii primare (între faze) și celei secundare
(tot între faze). Defazajul dintre tensiu nea primară și cea secundară depinde de:
– Sensul de înfășurare al înfășurărilor
– Așezarea legăturilor capetelor înfășurărilor la borne (ordinea de notare a
bornelor)
– Conexiunea înfășurării primare și a celei secundare.

Unghiul de defazaj este totdeauna un multiplu de 300.

10
Conform STAS 1703 -60, conexiunile au simbolul format din două litere (o literă
mare și alta mică) și dintr -un număr, literele indicând felul conexiunilor, iar numărul,
înmulțit cu 300, indicând unghiul de defazaj. Astfel: Y și y reprezintă conexiunea în
stea, D și d reprezintă conexiunea în triunghi, iar z conexiunea în zigzag. Toate
conexiunile care poartă același număr fac parte din aceeași grupă de conexiune.

Fig. 7 Conexiunea Yd -11.

La grupa de conexiunea 12 , din care fac parte conexiunile Dd -12, Yy -12 și Dz –
12, defazajul dintre tensiunile înalte și cele joase este nul.
Grupa de conexiune 6 cuprinde conexiunile Dd -6, Yy -6 și Dz -6, introducând un
defazaj de 1800 (6 X 300) între tensiunile primară și secundară. Grupa de cone xiune
6 se poate obține din grupa 12 prin schimbarea legăturilor sfârșiturilor cu cele ale
începuturilor înfășurărilor.
Grupa de conexiune 5 cuprinde conexiunile Dy -5, Yd -5 și Yz -5, introducând un
defazaj de 1500 (5 X 300).
Grupa de conexiune 11 este răstu rnata grupei 5 și cuprinde conexiunile Dy -11,
yd-11 și Yz -11, introducând un defazaj de 3300 (11 X 300) între tensiunea primară
și cea secundară.

11

Fig. 8 Conexiunea Yy -12.

Construirea diagramelor fazoriale la diferite tipuri de conexiuni. Pentru
a verifica defazajul dintre tensiunile electromotoare 𝐸1 și 𝐸2 la diferite conexiuni, se
construiesc diagrame fazoriale, ținând seama de conexiunea și modul de legare a
înfășurărilor. În toate cazurile următoare s e consideră că sensul de bobinaj la cele
două înfășurări este același.

Conexiunea stea -stea având schema electrică reprezentată în figura 7 are
capetele de bobinaj legate în același sens, iar tensiunile electromotoare pe fază din
secundar în fază cu cele din primar. Se înlocuiește mai întâi diagrama fazorială a
tensiunilor electromotoare din primar. Tensiunile 𝐸𝐴, 𝐸𝐵 și 𝐸𝐶 sunt tensiunile
electromotoare pe fază, defazate între ele cu 1200. Compunându -se fzorii doi câte
doi, se găsesc fazorii tensiunilor la borne. Se trasează apoi fazorii 𝐸𝑎, 𝐸𝑏, 𝐸𝑐 al
tensiunilor electromotoare pe fază în secundar, care sunt în fază cu cei din primar,
așa cum s -a arătat mai înainte. Compunând și acești vectori doi câte doi, se găsește
triunghiul abc al tensiunilor electromotoare de la bornele secundarului. Se constată
că 𝐸𝑎𝑏 este în fază cu 𝐸𝐴𝐵, adică unghiul dintre fazorii lor este zero sau 3600, și deci
conexiunea este Yy -12, unde 12 simbolizează un unghi de 120 X 30 = 3600.

Conexiunea stea – triunghi are schema electrică și triunghiul ABC al
tensiunilor electromotoare primare reprezentate în figura 8. Se observă că în
secundar 𝐸𝑎𝑏 (de la a la b) este egal cu 𝐸𝑏. Deci fazorul 𝐸𝑎𝑏 are aceeași direcție și
sens cu fazorul 𝐸𝐵. În mod asemăn ător se construiesc fazorii 𝐸𝑏𝑐 în fază cu 𝐸𝐶 și
𝐸𝑐𝑎 în fază cu 𝐸𝐴. Unghiul pe care îl face cu 𝐸𝐴𝐵 este de 3600, adică 11 X 300 și
deci conexiunea este Yd = 11.

12

Fig. 9 Conexiunea Yd – 5.

Conexiunea stea – triunghi are schema electrică în figura 9 în care triunghiul
secundar este legat invers ca în cazul precedent. Tensiunea electromotoare 𝐸𝑎𝑏 este
egală cu 𝐸𝑏, care din cauza inversării legăturilor este în opoziție cu 𝐸𝐵. Deci, se
construiește 𝐸𝑎𝑏 în sens i nvers cu 𝐸𝐵și la fel 𝐸𝑏𝑐 în sens invers cu 𝐸𝑐 și 𝐸𝑐𝑎 în sens
invers cu 𝐸𝐴. Unghiul pe care îl face 𝐸𝑎𝑏 cu 𝐸𝐴𝐵 este de 1500, adică 5 X 300 și deci
conexiunea este Yd -5.

Conexiunile transformatoarelor trifazate

13

2.2. Construcție

2.2.1. Miezul magnetic

Pentru micșorarea pierderilor prin histerezis și prin curenți turbionari, miezul
magnetic al transformatoarelor se confecționează din tole de oțel silicios izolate între
ele. Grosimile tolelor folosite în mod curent sunt: 0,35 și 0,5 mm. Izolarea se face
cu foiță lipită cu dextrină sau prin acoperirea cu lacuri insolubile în ulei și rezistente
la temperatura de lucru a transformatorului.
Pierderile prin histerezis se reduc prin folosirea de oțeluri aliate cu siliciu (3,3
+ 5% Si).
Tolele de transformator sunt caracterizate prin pierderile (prin histerezis și
prin curenți turbionari) exprimate în W /kg, la inducția de 10 000 gauss și frecvența
de 50 Hz.
În figura 10 este redată curba pierderilor pentru tabla silicioasă.
Așezarea tolelor astfel, încât direcția fluxului să coincidă cu sensul de
laminare, micșorează pierderile.

14
Prelucrarea tolelor are o influență negativă asupra pierderilor, adică le
mărește. Bavurile, strivirile, găurile prea dese, etc. produc o creștere a pierderilor în
fier (7…15%).
Urmărindu -se ridicarea continuă a calității produselor și obținerea unor
caracteristici superioare, s -a început fabricarea miezurilor de transformatoare din
tablă silicioasă laminată la rece. Astfel s -au obținut transformatoare cu randamente
foarte bune.
În fig. 11 , a este reprezentată o construcție normală de transformator
monofazat, cunoscută sub denumi rea de transformator cuirasat sau în manta, la care
înfășurările primară 3 și secundară 4 se așează una peste cealaltă și împreună se
montează p e aceeași coloană 1. În figura 12 , b se arată tola din care este confecționat
miezul unui astfel de transformato r.
Spațiul gol cuprins între două coloane ale miezului formează fereastra
miezului, care trebuie să fie suficient de mare pentru ca să intre în ea înfășurările 3
și 4 și izolația. Miezul 2 este format din atâtea tole câte sunt necesare pentru a asigura
secțiunea în fier.

Fig. 10 Curba pierderilor pentru tabla de transformator

Dimensiunile geometrice ale coloanelor nu coincid cu secțiunea efectivă de
fier, întrucât o parte din spațiu este ocupată de hârtie sau de lacul de izolație a tolelor.

15
În cazuri speciale se folosesc și miezuri cu forma de cadru dreptunghiular,
bineînțeles tot cu bobinele concentrice. Acest tip de miez este numit sâmbure.

Fig. 11 Transformator monofazat:
a- Transformator în ”manta”
b- Tolă pentru transformatorul în manta.

Transformatoarele trifazate sunt formate în general dintr -un miez magnetic cu
trei coloane 2 și două jugur i 1, așa cum se vede în figura 12 .
Înfășurările concentrice se așează pe cele trei coloane.
La transformatoarele mici (până la 1 kVA) și la transformatoarele în manta,
secțiunea coloanelor și a jugurilor este dreptunghiulară. În acest caz, înfășurările au
și ele formă apropiată de cea a secțiunii miezului, rotunjindu -se numai la colțuri.
Este clar că, din motive tehnologice și datorită faptului că, în general, izolația se
distruge la colțuri, pentru diametre mai mari nu se mai pot realiza bobine
dreptunghiulare. De aceea, apropare toate transformatoarele industriale se fac cu
bobine rotunde. În acest caz, secțiune coloanelor nu mai este dreptunghiulară, ci se
adoptă secțiunea în trepte, așa cum se vede în figura 5, a.

Fig. 12 Miez magnetic pentru transformator trifazat

16

Se caută ca numărul și înălțimea treptelor să fie astfel alese, încât forma să fie
cât mai apropiată de cerc. În acest caz și secțiunea jugurilor se face în tre pte, așa
cum se vede în figura 13 , b.

Fig. 13 Secțiunea miezului
a – secțiunea în trepte pentru coloane ; b – secțiunea jugului.

La transformatoarele mari, la care secțiunile de fier sunt mari, pentru
asigurarea răcirii se execută cana le, așa cum se vede în figura 6, în această situație,
fluidul de răcire circulă prin aceste canale și prin spațiul dintre miez și înfășurări.
La un transformator monofazat de mică p utere tolele se introduc cu limba
centrală în golul unei carcase pe care se află înfășurarea. Introducerea se face în mod
alternativ, pe la ambele capete ale carcase, cu izolația de hârtie (sau cu lac) într -o
singură parte. Ultimele tole, care intră mai greu, se introduc cu ajutorul unui ciocan
de lemn. Buloanele de strângere se introduc înfășurate în hârtie sau în preșpan/
capetele buloanelor se sprijină de obicei pe platbandă metalică, care are rolul de a
repartiza uniform efortul de strângere. Aceasta este izo lată față de miez printr -un
strat de preșpan.

Fig. 14 Secțiune printr -o coloană prevăzută cu canale de răcire

17
La un transformator monofazat de tipul sâmbure, miezul magnetic se
împachetează folosind două dimensiuni de tole: una pentru coloană ș i cealaltă pentru
jug. Tolele se suprapun în straturi astfel, încât straturile fără soț să fie încheiate ca în
figura 1 5 a, iar cele cu soț, ca în figura 15 , b.

Fig. 15 Așezarea tolelor în două straturi consecutive ale unui miez pentru transformator
monofazat:
a- Strat fără soț ; b – strat cu soț.

După suprapunerea numărului de tole corespunzător secțiunii utile de fier se
stânge pachetul în mod definitiv la un capăt și provizoriu la celălalt. Se ridică
pachetul în poziție verticală și se demontează jugul superior, pentru a putea permite
introducerea bobinelor.
După așezarea înfășurărilor, tolele jugului superior se așează din nou la locul lor,
pornind de la mijlocul secțiunii spre margine. Pentru așezare se poate folosi un
ciocan de lemn.
Deoarece tolele coloanelor trebuie să rămână bine asamblate, formând piese
rigide care să nu vibreze în eforturile electromagnetice, se procedea ză la o înfășurare
strânsă cu chingă de bumbac, imediat după prima încheiere a cadrului. În cazul când
înălțimea coloanelor este mai mare decât 500…600 mm, acestea, în loc de înfășurare
cu chingă, se strâng cu buloane din loc în loc, pachetul de tole fii nd strâns între două
plăci mai groase de oțel, sau mai bine de alamă tare. Buloanele se izolează față de
părțile frontale ale miezului cu rondele de preșpan. Lipsa de atenție la această
operație de izolare a buloanelor poate duce la următorul accident: dou ă dintre
buloane, împreună cu plăcile metalice exterioare, pot forma o spiră în scurtcircuit,
care în timpul funcționării va fi parcursă de un puternic curent de inducție. În
consecință materialul se va topi și transformatorul va fi incendiat. La
transform atoarele trifazate, coloanele și jugurile se po t asambla prin strângere (fig.
16 a,) sau prin îmbinare țesută (fig. 1 6, b).

18
În majoritatea cazurilor se folosește asamblarea miezurilor din tole așezate țesut,
straturile de tole alter nând așa cum se vede în figura 17, a și b.

Fig. 16 Asamblarea jugurilor cu coloane: a – asamblarea prin strângere b – asamblare
țesută.

Fig. 1 7 Straturile consecutive de tole la un miez trifazat asamblat prin țesere:
a – start fără soț b – strat cu soț.

La acest fel de miez numărul tipurilor de tole este foarte mare, fiecare strat din
pachet compunându -se din trei tipuri de tole.
Asamblarea se face prin strângere vu chingi de bumbac, miezurile mici, sau cu
buloane, la cele mai mari, așa cum s -a arăt at la miezurile monofazate tip sâmbure.

2.2.2. Schela transformatorului

Ansamblul de piese care susține miezul și înfășurările formează schela
transformatorului . În compunerea schelei se folosesc piese masive de fontă și de oțel.
La transformatoarele mai mici se folosesc piese de lemn de esență tare, bine uscat și

19
fiert în ulei. În figura 18 este reprezentată construcția unei schele dintre cele mai
simple.
Schela este asamblată prin tiranți, direct cu capacul cuvei în care se
introduce transformatorul.
Schela trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
– Să țină strâns diferitele pachete de tole care compun miezul
– Să strângă înfășurările în sens axial, fie rigid, fie elastic, prin intermediul unor
resorturi. Asamblarea trebuie să reziste la eforturile electromagnetice produse
în înfășurare în momentul punerii transformatorului în sarcină sau în situația
accidentală de scurtcircuit, până declanșează aparatele de p rotecție.
– Să susțină celelalte piese ale transformatorului ca, de exemplu: tuburi izolante,
plăci de borne etc.
– Să permită ridicarea cu macaraua pentru scoaterea din cuvă a
transformatorului
– Sa asigure distanțele de străpungere între înfășurări și partea m etalică a
transformatorului
– Să nu mărească mult pierderile prin histerezis și prin curenții turbionari
– Să nu împiedice circulația naturală a lichidului de răcire a bobinelor și a
miezului
– Să asigure un contact electric bun între miez și cuva transformatoru lui, pentru
a se putea realiza astfel legarea la pământ a miezului. Legătura între miez și
schelă se face prin intermediul unei foi de cupru cositorite, care se întinde și
se presează peste muchiile tolelor, introducându -se cu un capăt între două tole
ale pachetului.

2.2.3. Înfășurările transformatorului

Se execută în general din conductoare din cupru. În ultimul timp s -a început
confecționarea bobinelor și din conductoare de aluminiu, acest sistem prezentând
însă dificultăți la lipire și la sudare. Se folosesc conductoare cu secțiune rotundă până
la 8 mm2, iar peste această valoare se întrebuințează bare cu secțiuni
dreptunghiulare și, mai rar, pătrate.
Conductoarele cu secțiuni mici se livrează izolate cu fire de bumbac, de
mătase, sau cu bandă de hârtie. Conductoarele cu secțiune rotunde se mai livrează și
izolate cu diferite lacuri rezistente la ulei și la temperatură. La secțiuni mari
conduct oarele se izolează după înfășurare, deoarece există pericolul ca izolația de
fire sau de lac să se deterioreze în timpul înfășurării. În cazul folosirii conductoarelor
bară se cere ca aceasta să aibă colțurile puțin rotunjite. După bobinare, barele de

20
cupru se supun unui tratament de recoacere, se decapează și apoi se izolează cu
bandă de bumbac.

21
Fig. 18 Schela unui transformator: 1 – capac; 2 – tirant longitudinal ; 3 – cârlig de ridicare ; 4 –
tirant transversal.
Înfășurările primare și secundare ale transformatoarelor normale se construiesc
în următoarele forme:
– Înfășurări concentrice simple
– Înfășurări biconcentrice
– Înfășurări alternate.
Transformatoarele cu înfășurări concentrice sunt mai răspândite datorită ușurinței
cu care se poate realiza izolați a între înfășurările de înaltă și de joasă tensiune. Acest
tip de înfășurare este folosit pentru toate puterile și tensiunile.
Modul de așezare a celor două înfășu rări este reprezentat în fig. 19 , a.
Înfășurarea de joasă tensiune se așează lângă coloană, f iind mai ușor de asigurat
izolația acesteia față de masa metalică.
Înfășurarea de înaltă tensiune se montează concentric, în exterior, între înfășurări
lăsându -se un spațiu care servește la răcirea și la izolarea electrică a acestor două
înfășurări. Pentru asigurarea izolației se poate așeza între cele două înfășurări
concentrice și un cilindru confecționat dintr -un material electroizolant.
La transformatoarele mici și cu tensiuni până la 3 000 V, înfășurările se execută
pe o carcasă. Se înfășoară pe carcasă înfășurarea de joasă tensiune, și apoi se aplică
un strat izolant, peste care se înfășoară înfășurarea de înaltă tensiune.
La înfășurările biconcentrice, modul de așezare a celor două înf ășurări este arătat
în figura 19 , b. în acest caz, una dintre înfășurări – în general cea de joasă tensiune
– se dirijează în două părți așezate de o parte și de alta a celeilalte înfășurări. Prin
această așezare se obțin o tensiune de scurtcircuit mai mică, precum și o răcire bună.
Înfășurările biconcentrice se fol osesc, în general, la transformatoarele mari.
Așezarea înfășurărilor de joasă și de înaltă tensiune, în cazul unei înfășurări
alternate , este reprezentată în figura 19 , c. În acest caz, înfășurările sunt alcătuite din
înfășurări plate – numite galeți – care se așează alternând între ele. Înfășur ările de
joasă tensiune sunt legate în serie, ca și cele de înaltă tensiune. Înfășurarea alternată
se folosește pentru transformatoare cu o tensiune maximă de 20 000 V și cu puteri
relativ mici. În cazul conductoarel or din bare dreptunghiulare cu dimensiuni mai
mari, modul de așezare prezintă o deosebită importanță.
Astfel, o secțiune de 300 mm2, cu laturile 12 X 25 m m se poate așeza ca în figura
20, a sau ca în figura 20 , b. În primul caz, spirala de cupru va fi stră bătută de mai
puține linii de forță ale fluxului de scăpări decât în cazul așezări i barei pe muchie
(ca în fig. 20 , b). S -a constatat, însă, că așezarea conductorului pe muchie provoacă
pierderi suplimentare prin curenți turbionari în cupru, ajungându -se, în unele situații,
până la 50% din pierderile Joule -Lenz obișnuite. Rezultă deci că este mai avantajos
să se așeze bara ca în figura 20 , a, ba mai mult s ă se divizeze această secțiune în mai

22
multe conductoare legate în paralel. Astfel, în locul barei de 30 0 mm2 se pot lua
două conductoare de 150 mm2, cu dimensiunile de 10 X 15 mm, așezându -le ca în
figura 20 , c, rezultând prin aceasta pierderi în cupru mai mici și o manipulare mai
ușoară.

Fig. 19 Așezarea înfășurărilor pe jug: a – înfășurări concentrice ; b – înfășurări biconcentrice ;
c – înfășurări alternate.

Fig. 20 Așezarea conductoarelor din bare dreptunghiulare: a – așezarea barelor pe lat ; b – pe
muchie, c – spiră divizată în trei părți.

23

2.2.4. Prizele de reglaj și comutatorul

Prizele de reglaj permit modificarea raportului de transformare (în limite
restrânse), astfel ca transformatorul să poată fi conectat în rețele de distribuție în care
există căderi de tensiune sau supratensiuni mic i. În general, la transformatoarele
folosite în rețele de distribuție prizele de reglaj se iau de pe înfășurarea de înaltă
tensiune, deoarece conductorul, fiind mai subțire, ușurează execuția. De asemenea,
curentul fiind mai mic, permite folosirea unui com utator de prize de o construcție
mai simplă. Prizele de reglaj se scot de la mijlocul înfășurării, pentru a nu se produce
dezechilibrări.
În figura 21 sunt prezentate scoaterea legăturilor și conectarea lor la un
comutator de prize.
Prin cepe trei poziții ale comutatorului se pot realiza, în general, următoarele
tensiuni: Un+5%, un și Un – 5%.
Manevrarea comutatorului se face printr -o manetă aflată deasupra capacului.
Schimbarea poziției comutatorului se face la funcționarea în gol sau la sarcini foarte
mici. Numai la construcții speciale ale comutatorului se poate face un reglaj sub
sarcină.

24
Fig. 21 Comutator de prize pentru transformator trifazat.
2.2.5. Cuva, capacul și căruciorul de transport

La transformatoarele în ulei, întregul sistem electromagnetic (miezul și
înfășurările) este închis într -o cuvă de oțel umplută cu ulei de transformator.
Uleiul , pe lângă calitățile sale izolante, servește la evacuarea căldurii spre
exterior. Aceasta este transmisă aerului înconjurător prin intermediul cuvei.
Suprafața de răcire a pereților cuvei poate fi mărităm fie p rin ondularea pereților
(fig. 22 , a), fie prin țevi de răcire (fig. 22 , b), care fac legătura, în exteriorul cuvei,
între partea de sus și partea de jos a acesteia. Astfel se produce o cir culație continuă
a uleiului. Construcții speciale prevăd răcitoare cu apă în interiorul cuvei sau
ventilatoare exterioare, care suflă în permanență aer rece spre cuvă.
Cuva se construiește din tablă oțel, grosimea fiind determinată și de greutatea
pe care o are de suportat. La transformatoarele mici se construiesc uneori și cuve
netede fără ondulații sau țevi de răcire.

Fig. 22 Cuva transformatorului: a – cuva cu pereți ondulați ; b – cuvă cu țevi de răcire.
Pentru ușurința transportului, cuva este fixată pe un cărucior cu roți. ea este
vopsită în interior cu o vopsea rezistentă la ulei. Construcția cuvei și a țevăriei
trebuie să permită curățarea lor în timpul exp loatării . Fundul cuvei este prevăzut cu
un robinet de golire a uleiului, cuva treb uie prevăzută de asemenea cu o bornă de
pământ a întregii construcții metalice a transformatorului.
Capacul asigură o închidere etanșă a cuvei, fiind fixat de asemenea prin
buloane. La majoritatea transformatoarelor, capacul este fixat pe schela
transform atorului, astfel încât, la ridicarea lui, să fie scos în același timp din cuvă și
transformatorul. Capacul se confecționează din tablă de oțel, suficient de groasă
pentru a rezista eforturilor la care este supus la decuvări și în cazul când miezul nu
se sp rijină pe fundul cuvei.

25
Pe capac se găsesc izolatoarele prin care trec bornele de legare ale
transformatorului la rețea, termometrul care indică temperatura straturilor superioare
de ulei, urechile de ridicare, mânerul comutatorului de prize, țeava de leg ătură a
conservatorului de ulei, supapa de siguranță – care la unele transformatoare lipsește.
Etanșarea capacului cu cuva se realizează printr -o garnitură de klingherit sau
de cauciuc insolubil în ulei.

2.2.6. Bornele și izolatoarele

Legătura înfășurărilor cu rețeaua de distribuție se face prin intermediul
bornelor. Izolarea bornelor la trecerea lor prin capac și fixarea lor pe capac se fac cu
ajutorul izolatoarelor.
Bornele se confecționează din cupru sau din alamă și au secțiunea potrivită cu
valoarea curent ului care le străbate. La cele două capete, bornele sunt filetate pentru
a se putea efectua racordarea înfășurărilor și a rețelei.
În majoritatea cazurilor izolatoarele (fig. 23 ) este dată în mod special pentru
a se mări linia de fugă a arcului electric ce s-ar putea produce la înălțimi exagerate.
Izolatoarele sunt fixate pe flanșe de susținere (fig. 23 ), care, la rândul lor, se
fixează pe capac.

Fig. 23 Secțiune printr -un izolator: 1 – capacul cuvei ; 2 – garnitură de klingherit ; 3 – flanșă de
susținere ; 4 – chit de garnitură ; 5 – izolator de porțelan ; 6 – capișon de fontă ; 7 – bornă.

Prinderea izolatorului de flanșe se face cu un chit special, preparat din litargă
(oxid de plumb) și glicerină. Chitul de litargă se prepară astfe l: se încălzește litarga
la 50…600C, pentru deshidratare, și apoi se macină fin și se cerne.

26
CAPITOLUL III
Norme de protecție și securitatea muncii

In toate atelierele si locu rile de munca in care se foloseș te energ ia electrica,
se asigura protecția împotriva electrocută rii.
Prin electrocutare se înț elege trecerea unui curent electric prin corpul
omenesc. Tensiunea la care este supus omul la atingerea unui obiect intrat accidental
sub tensiune este numita tensiune de atingere.
Gravitatea electrocută rii depinde de o serie de factori:

• rezistenta electrica a corpului omenesc : rezistenta medie a corpului (pielea
este singurul organ izolator) este de 1 000 Ω si poate avea
valori mai mari pentru o piele uscata si valori mult mai mici (chiar 200 Ω) pentr u o
piele uda sau rănită ;
• frecventa curentului electric. Curentul alternativ cu frecve nta intre 10 și 100
Hz este cel mai periculos. La frec vente de circa 500000 Hz excitaț iile nu sunt
periculoase chiar pentru intensităț i mari ale curentului electric;
• durata de acț iune a curentului . Daca durata de acț iune a curentului este mai
mica de 0,001 s, efectul nu este periculos.
• calea de trecere a curentului prin corp . Cele mai pericu loase situaț ii sunt cele
in care curentul electric trece printr -un circuit in care intra si inima sau prin locuri
de mare sensibilit ate nervoasa (ceafa, gatul, tâ mpla, încheietura mâ inii ) ;
• valorile curenț ilor care produc electrocutarea . Acestea se pot calcula simplu cu
legea lui Ohm:I= U/R , unde R este suma rezistentelor ele ctrice din circuit.
Valorile limita ale cur enților nepericuloși sunt 10 mA în c.a. și 50 mA î n c.c.

Efectele trecerii curentului electric prin corpul omenesc se pot grupa în:
electroș ocuri si electrotraumatisme. Când valoarea intensităț ii curentului electric
este mai mica de 1 mA, nu se simte efectul socului electric. La valori de 10 mA se
produc como ții nervoase in membre : construcțiile muș chilor fac ca desprinderea
omului de obiect ul aflat sub tensiune sa se facă greu. Peste valori de 10 mA se
produce fibri lația inimii si oprirea respiraț iei. E lectrotraumatismele se datorează
efectului termic al curentului electric și pot provoca orbirea, metalizarea pielii,
arsuri.
La alege rea masurilor pentru protecția împotriva electrocută rii se tine seama de
periculozitatea locului de munca. Exista trei categorii de locuri de munca:
– locuri de munca cu grad mic de pericol ( pardoseala izolatoare, umiditate
maxima 70%, fără elemente condu ctoare in contact electric cu pământul, variaț ii de
temperatura intre 15 si 30°C);
– locuri de munca periculoase ( um iditate intre 75% si 97%, variaț ii de
temperatura intre 30°C si 35°C, pulbere conductoare, obiecte conductoare in

27
legătura cu pământul in zona de manipulare ocupând o suprafață sub 60%);
– locuri de munca foarte pericul oase (umiditate peste 97%, mediu coroziv,
temperatura peste 3 5°C, obiecte conductoare în legătura cu pământul care ocupa o
suprafaț a mai mare de 60% din zona de manipulare).
Electrocută rile se pot produce prin atingere directă sau indirectă .

Măsuri de protecție aplicate instalaț iilor si echipamentelor electrice

Pentru a se realiza protecț ia la electrocutare prin atingere directa, instalațiile
și echipamentele e lectrice se construiesc astfel încâ t elementele aflate in mod normal
sub tensiune sa nu poat ă fi atinse. Pentru aceasta se folosește î nchiderea in carcase,
condu ctoarele de legătură se izolează , se amplasează liniile electric e la înălțimi mari
unde nu pot fi atinse întâmplă tor, elementele aflate sub tensiun e in locuri deschise se
izolează cu î mprejmuiri protectoare, in locuri foarte periculoase se folosesc tensiuni
reduse de lucru ( 24 V ).
Echipamentele electrice cu protecție împotriva electrocută rii prin
atingerea pieselor sub tensiune poarta pe ele simboluri conform STAS 3999 – 75.
Protecți a echip amentelor electrice in construcție normala se realizează si la alte
solicită ri. Conform standardului amintit, simboliza rea gradelor normale de protecț ie
se face prin literele IP, urmate de trei cifre caracteristice:
– prima cifra la val ori intre 0 si 6 si simbolizează gradul de protecț ie a
persoanelor contra atingerii părț ilor s ub tensiune si gradul de protecție î mpotriva
pătrunderii in inter iorul carcasei a corpurilor stră ine solide de o anumita dimensiune;
– a doua cifra poate lua val ori intre 0 si 8 si simbolizează gradul de protecț ie
împotriva pă trunderii apei;
– a treia cifra poate lua valori intre 0 si 5 si simbolizează gradul de protecție
împotriva solicită rilor mecanice.
Pentru evitarea accidentelor prin atin gere directa, se mai practica: folosirea
unor tensiuni cat mai reduse (valori s tandardizate), egalizarea potențialelor, izolarea
fata de pămâ nt, utilizarea unor pardoseli din materiale electroizolante.
Protecția împotriva electrocută rii prin atingere direc ta se poate realiza prin:
legarea la nul, legare a la pământ separarea de protecț ie, izolarea suplimentara de
protecț ie, legarea intre ele a tuturor obiectelor metalice ce pot fi atinse concomitent
in zona de manipulare, deconectarea automata.

28
ANEXĂ – Detalii constructive ale unui transformator trifaza t

29

BIBLIOGRAFIE

 T. Cănescu, V. Rusescu – „Manualul electricianului” – editura de stat
didactică și pedagogică, București, 1961

 R. Dromereschi, V. Gavril, L. Ionescu „Instalații electrice” – M.A.S.T, 2007

 Niculae Mir a, Constantin Neguș – „Instalații și echipamente electrice” –
editura didactică și pedagogică, București, 1994.