Transformatorul de retea monofazic de mica putere este o componenta prezenta în aproape toate tipurile de scheme de alimentare ale aparatelor electronice stationare. El este destinat sa realizeze urmatoarele functiuni:

modifica valorile tensiunilor si curentilor, de la nivelul la care sunt preluate de catre circuitul primar, de la retea, la valorile cerute în circuitul sau circuitele secundarului;

izoleaza galvanic fata de retea sasiul aparatului electronic, în care este montat, asigurând astfel electrosecuritatea persoanelor care îl manipuleaza.

Un transformator de retea are urmatoarele parti componente:

carcasa electroizolanta;

înfasurari: primara si secundara (sau secundare);

miez magnetic;

sistem de strângere a miezului si de fixare a transformatorului.

Înfasurarile primara si secundara (sau secundare) sunt confectionate din conductoare de cupru sau aluminiu, izolate cu email si asezate pe o carcasa din material electroizolant (prespan, textolit, steclotextolit, material plastic etc.)

În interiorul carcasei se gaseste introdus miezul magnetic, construi din tole de tabla de ferosiliciu, strânse cu o manta sau cu scoabe, prezoane si piulite pentru a împiedica vibratia tolelor în timpul functionarii.

De obicei se folosesc tole STAS, de tip ( E + I ). Dimensiunea tolei se precizeaza prin litera E, urmata de dimensiunea de baza a tolei a, exprimata în milimetrii [mm]. Astfel, exista urmatoarele tipuri de tola: E5; E6,4; E8; E10; E12,5; E14; E16; E18; E20; E25; E32.

Întregul transformator este de obicei impregnat, prin imersie în parafina topita sau în lacuri ce polimerizeaza prin incalzire în cuptor, la 80 - 100 C.

De obicei, din proiectarea schemei electrice a unui produs electronic dotat în partea de alimentare cu transformator de retea, rezulta valorile eficace ele tensiunilor si curentilor necesare în secundar, U_2k , respectiv I_2k , precum si numarul de înfasurari secendare, K. Se cunoaste, de asemenea, tensiunea eficace în primar, U₁ = 220 V (tensiunea retelei monofazice de curent alternativ) precum si frecventa retelei, care este de 50 Hz.

În cazul    de fata avem de proiectat un transformator cu trei înfasurari secundare:

U₂₁ = 120 (V) U₂₂ = 13 (V) U = 6 (V)

I₂₁ = 0,1 (A) I₂₂ = 4 (A) I = 2 (A)

Prin proiectarea transformatorului se urmareste gasirea prin calcul a datelor necesare realizarii sale în practica, si anume:

n₁ - numarul de spire din primar;

n_2k - numarul de spire din secundarul k;

d₁ - diametrul sârmei de bobinaj din primar;

d_2k - diametrul sârmei de bobinaj din secundarul k;

- tipul de tola STAS;

- numarul de tole necesar.

Se evalueaza puterea totala absorbita din secundar, P₂ [W]:

P₂ [W] = S P_2k = S U_2kI_2k .

În cazul nostru:

P₂ = 120 V 0,1 A + 13 V 4 A + 6 V 2 A = 76 W

Se calculeaza puterea absorbita în primar, P₁ [W], considerând randamentul transformatorului h

P₁ [W] = P₂ / h = P₂ / 0,85 = 1,176 P₂

În cazul nostru:

P₁ = 1,176 76 = 89,41 W

Se dimensioneaza sectiunea în fier, S_Fe [cm²], a miezului magnetic, din relatia]:

S_Fe [cm²] = 1,2 ( P₁ [W])^1/2

În cazul nostru:

S_Fe = 11,35 cm²

Se calculeaza numarul necesar de spire pe volt n₀ [sp/V], cu relatia dedusa din legea inductiei electromagnetice, pentru f = 50 Hz si pentru inductanta maxim admisa de tole B_max = 1,2 T:

n₀ [sp/V] = 48 / (S_Fe [cm²])

În cazul nostru:

n₀ = 48 / 11,35 = 4,230 sp/V

Se calculeaza numarul de spire necesare în primar, n₁ , cu relatia:

n₁ = n₀ U₁ .

În cazul nostru:

n₁ = 4,23 220 = 930 spire

Se calculeaza numarul de spire al secundarului k, n_2k , cu relatia:

n_2k = 1,1 U_2k n₀

În cazul nostru:

n₂₁ = 1,1 4,23 = 558 spire

n₂₂ = 1,1 4,23 = 61 spire

n 4,23 = 28 spire

Se evalueaza curentul din primar, I₁ [A] :

I₁ [A] = ( P₁ [W] ) / ( U₁ [V] )

În cazul nostru:

I₁ = 89,41 / 220 = 0,406 A

Se dimensioneaza diametrul d₁ [mm] al sârmei de bobinaj din primar si d_2k , din secundarul k, pentru o densitate de curent maxim admisa în cupru J_max= 3 [A/mm²] cu relatia:

d_{1 ; 2k} [mm] = 0,65 ( I_{1 ; 2k} [A] )^1/2 .

În cazul nostru:

d₁ =0,65 (0,406)^1/2 = 0,41 mm

d₂₁ = 0,65 ( 0,1 )^1/2 = 0,21 mm

d₂₂ = 0,65 ( 4 )^1/2 = 1,30 mm

d₂₃ = 0,65 ( 2 )^1/2 = 0,92 mm

Se aleg diametrele standardizate:

d₁ = 0,40 mm

d₂₁ = 0,20 mm

d₂₂ = 1,20 mm

d₂₃ = 0,90 mm

Se calculeaza aria totala ocupata de înfasurari în fereastra tolei pentru primar A₁ [cm²] si pentru secundar A₂ [cm²], utilizând coeficientii de calcul C₁ pentru cazul ca bobinajul se va face cu izolatie între straturi, sau C₂ în cazul ca bobinajul se va face fara izolatie între straturi. Acesti coeficienti sunt functie de diametrul ales pentru conductoarele de bobinaj si sunt dati în tabele:

A₁ [cm²] = n₁ / C_{1 ; 2} ; A₂ [cm²] = S ( n_2k / C_{1 ; 2} )

În cazul nostru:

a)      cu izolatie între straturi:

A₁ =    930 / 350 = 2,657 cm²

A₂ = 558 / 1465 + 61 / 40,5 + 28 / 78 = 2,246 cm²

b) fara izolatie între straturi:

A₁ = 930 / 470 = 1,98 cm²

A₂ = 558 / 1715 + 61 / 52 + 28 / 93= 1,80 cm²

Se calculeaza aria totala ocupata de înfasurari, A_tot [cm²]:

A_tot [cm²] = A₁ [cm²] + A₂ [cm²]

În cazul nostru:

a) cu izolatie între straturi:

A_tot = 2,657 + 2,246 = 4,90 cm²

b) fara izolatie între straturi:

A_tot = 1,98 + 1,8 = 3,78 cm²

Se dimensioneaza tola necesara, respectiv parametrul a [mm], pentru un factor de umplere optim ( g = 0,7) cu relatia:

a [mm] = ( A_tot [cm²] / (0,03 0,7) )^1/2 = 6,9 ( A_tot [cm²] )^1/2

Daca pentru parametrul a nu rezulta o valoare standardizata, atunci se alege valoarea standardizata imediat superioara sau inferioara si se verifica daca, cu valoarea aleasa astfel, se obtine:

g_STAS = A_tot [cm²] / (0,03 a_STAS [mm]) = 0,65

În cazul nostru:

a) cu izolatie între straturi:

a (4,90)^1/2 = 15,27 mm

Se alege standardizarea E16 si se verifica:

g_STAS

Se alege standardizarea E14 si se verifica:

g_STAS 14² ) = 0,83 inacceptabila

b) fara izolatie între straturi:

a (3,78)^1/2 = 13,42 mm

Se alege standardizarea E14 si se verifica:

g_STAS 14² ) = 0,65 acceptabila

Se calculeaza grosimea pachetului de tole, b [mm], utilizând tola STAS:

b [mm] = S_Fe [cm²] / (0,02 a_STAS [mm])

În cazul nostru:

a) cu izolatie între straturi:

b = 11,35 / (0,02

b) fara izolatie între straturi:

b = 11,35 / (0,02

Se calculeaza numarul de tole necesar pentru confectionarea miezului magnetic, functie de grosimea acestora, g ( 0,35 mm sau 0,5 mm):

N = b[mm] / g[mm]

În cazul nostru:

a) cu izolatie între straturi:

*) pentru g = 0,35

N = 35,47 / 0,35 = 101 tole.

*) pentru g = 0,5

N = 35,47 / 0,5 = 71 tole.

b)      fara izolatie între straturi:

*) pentru g = 0,35

N = 40,54 / 0,35 = 116 tole.

*) pentru g = 0,5

N = 40,54 / 0,5 = 81 tole.

Exista patru modalitati de a construi acest transformator.

Pentru fiecare mod de a construi avem aceleasi numere de spire si aceleasi grosimi ale sârmei de bobinaj:

n₁ = 930

n₂₁ = 558

n₂₂ = 61

n₂₃ = 28

d₁ = 0,4

d₂₁ = 0,2

d₂₂ = 1,2

d₂₃ = 0,9

Difera doar realizarea bobinajului si grosimea tolelor:

a)      Bobinaj cu izolatie între straturi:

Tole E16 ( a = 16 mm)

Grosime 0,35

N = 101 tole

Grosime 0,5

N = 71 tole

b)      Bobinaj fara izolatie între straturi:

Tole E14 ( a = 14 mm)

Grosime 0,35

N = 116 tole

Grosime 0,5

N = 81 tole