Trasformatori
Introduzione
Il trasformatore e' una macchina elettrica statica che ha il compito di trasformare una tensione e una corrente da una rete primaria ad una rete secondaria. Il trasformatore trasferisce l'energia elettrica da una rete ad un'altra per via dei suoi avvolgimenti. I trasformatori possono essere trovati di tutti i tipi e dimensioni, si va dalla grandezza di un dado a quella di un automobile. Naturalmente ogni trasformatore ha il suo campo applicativo. Simboli circuitali:
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Caratteristiche Elettriche
Il trasformatore basilare e' composto da due avvolgimenti isolati tra loro, il primario alla quale viene fornita l'energia elettrica da trasformare ed il secondario dalla quale viene prelevata l'energia trasformata. Entrambi i conduttori sono avvolti su un nucleo ferromagnetico.
I trasformatori inoltre sono macchine reversibili, cio' significa che l'avvolgimento primario puo' essere visto come il secondario e viceversa. Prendiamo per esempio un trasformatore 220V-12V, entriamo con la 220V e ce la abbassa a 12V, se invece entriamo con la 12V, in uscita sul primario avremo la 220V, tuttavia in questo modo il trasformatore risultera' meno efficiente poiche' e' progettato per abbasare la tensione, ci sono trasformatori costruiti apposta per alzarla.
Quando sull'avvolgimento primario viene applicata una tensione elettrica alternata, per effetto dell'induzione magnetica si crea un flusso magnetico all'interno del nucleo. La tensione in uscita dal secondario è proporzionale al rapporto tra il numero di spire del primario e quelle del secondario.
Nel trasformatore tuttavia, ci sono delle dispersioni, infatti tutto il flusso generato dall'avvolgimento primario non giungera' nell'avvolgimento secondario ma una piccola parte si disperdera' all'esterno delle spire.
I trasformatori inoltre sono macchine reversibili, cio' significa che l'avvolgimento primario puo' essere visto come il secondario e viceversa. Prendiamo per esempio un trasformatore 220V-12V, entriamo con la 220V e ce la abbassa a 12V, se invece entriamo con la 12V, in uscita sul primario avremo la 220V, tuttavia in questo modo il trasformatore risultera' meno efficiente poiche' e' progettato per abbasare la tensione, ci sono trasformatori costruiti apposta per alzarla.
Quando sull'avvolgimento primario viene applicata una tensione elettrica alternata, per effetto dell'induzione magnetica si crea un flusso magnetico all'interno del nucleo. La tensione in uscita dal secondario è proporzionale al rapporto tra il numero di spire del primario e quelle del secondario.
Nel trasformatore tuttavia, ci sono delle dispersioni, infatti tutto il flusso generato dall'avvolgimento primario non giungera' nell'avvolgimento secondario ma una piccola parte si disperdera' all'esterno delle spire.
Ci sono vari tipi di trasformatori:
- Nucleo in laminati di acciaio: L'effetto della laminazione è quello di ridurre l'intensita' delle correnti parassite. Piu' le lamelle sono sottili e piu' si riducono le perdite ma sono piu' costose da realizzare. Solitamente la laminazione sottile e' utilizzata nei trasformatori ad alta frequenza. Un modello comune di nucleo a lamelle e' fatto da molti lamierini magnetici a forma di E, tuttavia questo tipo di modello e' piu' propenso a mostrare perdite, ma è molto economico da costruire. Poi c'e' il modello a C che e' realizzato avvolgendo una striscia di acciaio attorno a una forma rettangolare e poi legando gli strati insieme. Viene quindi tagliato in due, formando le sagome di due C, e il nucleo viene assemblato legando insieme le due metà con una piattina di acciaio. Hanno il vantaggiodi avere una bassa riluttanza.
- Nucleo toroidale: i trasformatori toroidali sono costruiti attorno ad un nucleo cilindrico. La forma a cilindro elimina le lamelle ad E e sono molto piu' efficaci dei trasformatori a nucleo in laminati di acciaio ma anche piu' costosi. Questi tipi di trasformatori vengono utilizzati per i circuiti ad alte frequenze.
Caratteristiche Fisiche
Nel processo di trasformazione dell'energia, per effetto delle perdite si genera calore all'interno del trasformatore, per evitare che quest'ultimo raggiunga temperature dannose, è necessario dissipare il calore prodotto tramite un sistema di raffreddamento. I trasformatori di bassa tensione hanno la parte attiva isolata tramite resine sintetiche, e sono detti trasformatori "a secco".
I piccoli trasformatori (10 kVA) non generano un calore eccessivo pertanto e' possibile raffreddarli semplicemente con lo scambio di calore dello chassis.
Per migliorare lo scambio termico solitamente gli chassis sono dotati di alette.
I trasformatori di alta tensione hanno la parte attiva immersa in olio isolante, che svolge anche la funzione di smaltire il calore prodotto dalla parte attiva.
Per aumentare il piu' possibile il rendimento del trasformatore si usano i seguenti accorgimenti:
I piccoli trasformatori (10 kVA) non generano un calore eccessivo pertanto e' possibile raffreddarli semplicemente con lo scambio di calore dello chassis.
Per migliorare lo scambio termico solitamente gli chassis sono dotati di alette.
I trasformatori di alta tensione hanno la parte attiva immersa in olio isolante, che svolge anche la funzione di smaltire il calore prodotto dalla parte attiva.
Per aumentare il piu' possibile il rendimento del trasformatore si usano i seguenti accorgimenti:
- Avvolgimenti:
- Minor numero di spire possibile
- Lunghezza minima: il filo dell'avvolgimento deve essere di lunghezza minore possibile.
- Nucleo:
- Sezione adeguata
- Una lunghezza minore possibile
- Essere in materiale ferromagnetico che abbia una resistenza elettrica il più alta possibile, per minimizzare le perdite per effetto Joule.
- Struttura: il nucleo per impedire che circolino correnti parassite non è realizzato in metallo compatto, ma è costituito da sottili lamierini (lamierini di acciaio magnetico al silicio) incollati a formare pacchetti.
- Raffreddamento:
- ad aria (soluzione tipica dei normali trasformatori civili e per le piccole potenze).
- a bagno d'olio: lavorano in un bagno di olio dentro involucri metallici opportunamente sagomati per facilitare la dispersione del calore
- a bagno d'olio forzata: rispetto al sistema in bagno d'olio sono previste anche delle pompe per la circolazione forzata dell'olio e un sistema di ventilatori esterni per aumentare l'asportazione di calore
- in resina: rispetto agli altri sistemi, gli avvolgimenti sono immersi dentro un'apposita resina, che fa dissipare il calore agli stessi. Questa resina prende il posto dell'olio. Dal trasformatore in resina si possono trarre benefici sulle dimensioni, dato che sono leggermente più piccoli che un trasformatore ad olio.
Testare Trasformatori
Con il tester impostato su ohm possiamo verificare lo stato degli avvolgimenti di un trasformatore quindi capire se gli avvolgimenti sono intatti o interrotti. Naturalmente il trasformatore deve essere rimosso dal circuito per essere testato. Una volta rimosso bastera' collegarci in parallelo e verificare che gli avvolgimenti siano intatti. L'avvolgimento primario (per un trasformatore 220vAC a 110vDC o minore) ha piu' spire di quello secondario quindi la resistenza sara' maggiore, mentre il secondario avendo meno spire mostrera' una resistenza minore. Nel caso in cui prendiamo in considerazione il trasformatore di un inverter il principio e' inverso, quindi piu' spire sul secondario e meno spire sul primario.
Appunti per Approfondire
il_trasformatore.pdf | |
File Size: | 2014 kb |
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07-trasformatore-1.pdf | |
File Size: | 1117 kb |
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