Trasformatori

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In preparazione

Un trasformatore è una macchina elettrica statica e non produce e non consuma potenza elettrica, solo la trasforma (nota 1): data una tensione ed una corrente in ingresso, produce in uscita una tensione ed una corrente diverse, ma la potenza di ingresso e di uscita (cioè il loro prodotto) non cambia.

La figura di apertura riporta una schema semplificato di un trasformatore:

Il blocco grigio (nucleo o core) è realizzato in materiale magnetico, tipicamente ferro o ferrite. In esso scorre energia sotto forma di un flusso magnetico
Il filo rosso è avvolto intorno al core ed è chiamato avvolgimento primario; è tipicamente realizzato in rame. Al primario è in genere collegato un generatore di corrente alternata, non disegnato nello schema
Il filo blu è avvolto intorno al core ed è chiamato avvolgimento secondario; è tipicamente realizzato in rame. Al secondario è in genere collegato un utilizzatore, non disegnato nello schema

La relazione tra le grandezze elettriche del primario e del secondario deriva essenzialmente dal fatto che potenza in ingresso e potenza in uscita devono essere uguali:

P_P = P_S

I_P · V_P = I_S · V_S

Il rapporto tra la tensione del primario e del secondario è fisso e dipende dal numero di giri che gli avvolgimenti compiono intorno al nucleo.

Due caratteristiche dei trasformatori:

funzionano esclusivamente con tensione alternata
non vi è alcun collegamento elettrico tra primario e secondario (isolamento galvanico)

Il simbolo del trasformatore è il seguente:

Trasformatore

Trasformatore riduttore

In questo paragrafo è mostrato un esempio di trasformatore di piccola potenza che riduce la tensione di rete disponibile presso le utenze domestiche (230 VAC, 50 Hz) ad una tensione inferiore, adatta per essere utilizzata senza rischi per alimentare piccole apparecchiature.

Il nucleo è realizzato in sottili lamierini in ferro/silicio, gli avvolgimenti rame.

Leggiamo l'etichetta:

La tensione del secondario è pari a 18 V, la corrente di uscita è pari, al massimo, a 5 A. La potenza di uscita è quindi pari al massimo a P_S = V_S * I_S = 18 * 5 = 90 W circa
La tensione del primario è pari a 220 V; la potenza di ingresso è pari a quella di uscita (nota 1); la corrente massima in entrata non è indicata sull'etichetta, ma possiamo calcolarla dividendo la potenza per la tensione I_P = P_P / V_P = 90 / 220 = 0,4 A circa

Il trasformatore funzione anche invertendo primario e secondario: è sufficiente invertire il collegamento di generatore ed utilizzatore. In questo modo il trasformatore è indicato come elevatore, potendo elevare, nell'esempio, i 18 V a 220 V, ovviamente sempre a parità di potenza e sempre in tensione alternata

I trasformatori di questo tipo sono formati da due fili in rame avvolti su un nucleo in ferro e quindi è piuttosto pesante. I due avvolgimenti hanno normalmente sezione diversa in funzione della corrente di ingresso e di uscita. Sempre in riferimento alla figura, l'avvolgimento a 18 V / 5 A è quello blu, più spesso.

Oggi questo tipo di trasformatore è in disuso a causa del peso elevato e del rendimento (rapporto tra potenza in uscita e potenza in ingresso) dell'ordine dell'80-90%.

Centrale di trasformazione

I trasformatori sono utilizzati all'interno di apposite centrali per trasformare alta o altissima tensione in bassa o media tensione o viceversa.

L'immagine seguente mostra uno di tali trasformatori per tensioni di 220 kV e frequenza 50 Hz.

Trasformatore a frequenza elevata

Note

In realtà la potenza di ingresso è sempre leggermente più grande di quella in uscita, a causa della non idealità dei componenti

Pagina creata nel settembre 2023
Ultima modifica: 9 settembre 2023