Trasformatore:5 condizioni importanti per la migliore efficienza

trasformatore

Un trasformatore è un semplice dispositivo elettrico, che utilizza la proprietà della mutua induzione per trasformare una tensione alternata da una all'altra di valore maggiore o minore.

L' il primo a potenziale costante fu inventato nel 1885e da allora è diventata una necessità come dispositivo essenziale per la trasmissione, la distribuzione e l'utilizzo della corrente alternata (AC).

Esistono diversi tipi di trasformatori con design diversi adatti a diverse applicazioni elettroniche ed elettriche. Le loro dimensioni vanno dall'applicazione di radiofrequenza con un volume inferiore a un centimetro cubo, a unità enormi del peso di centinaia di tonnellate utilizzate nelle reti elettriche.

trasformatore di design DBZ a forma di conchiglia al 1885
Trasformatore di design DBZ a forma di guscio al 1885, Image Credit - Zátonyi Sándor, (ifj.), DBZ trafCC BY-SA 3.0
trasformatore
trasformatori in una sottostazione elettrica, Image Credit - Tutto solo89Stazione terminale di Melbourne, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

Sono più ampiamente utilizzati nella trasmissione e distribuzione di energia su lunghe distanze aumentando la tensione in uscita dal trasformatore in modo che la corrente venga ridotta e, successivamente, la perdita del nucleo resistivo è meno significativa, quindi il segnale può essere trasferito sulle distanze fino alla sottostazione contigua alle utenze dove la tensione viene nuovamente ridotta per un ulteriore utilizzo.

Struttura di base e funzionamento del trasformatore

La struttura di base di un trasformatore è generalmente costituita da due bobine avvolte attorno a un nucleo di ferro dolce, vale a dire bobine primarie e secondarie. La tensione di ingresso CA viene applicata alla bobina primaria e la tensione di uscita CA viene osservata sul lato secondario. 

Come sappiamo, una fem o tensione indotta viene generata solo quando il flusso del campo magnetico cambia rispetto alla bobina o al circuito, quindi, mutua induttanza tra due bobine è possibile solo con tensione alternata, cioè variabile/AC, e non con tensione continua, cioè costante/DC.

funzionamento del trasformatore e flusso di dispersione
Funzionamento del trasformatore e flusso di dispersione
Credito d'immagine:Me stessa, Flusso del trasformatoreCC BY-SA 3.0

L' i trasformatori sono usati per trasmutare la tensione e livelli di corrente in base al rapporto tra i giri della bobina di ingresso e di uscita. Le spire della bobina primaria e secondaria sono Np e Ns, rispettivamente. Sia Φ il flusso collegato attraverso le bobine sia primaria che secondaria. Poi,

EMF indotta attraverso la bobina primaria,   =

EMF indotta attraverso la bobina secondaria,  = 

Da queste equazioni, possiamo metterlo in relazione  

Dove i simboli hanno i seguenti significati:

         

Potenza, P = IpVp = IsVs

Relativamente alle equazioni precedenti,

Quindi abbiamo Vs = ()Ve ios = IP

Per aumentare: Vs > Vp figlios>Np e ios<Ip

Per scendere: Vs <Vp figlios <Np e ios > Iop

Bobina primaria e secondaria in un trasformatore

trasformatore
Avvolgimento primario e secondario
Credito immagine: anonimo, Trasformatore3d colCC BY-SA 3.0

La relazione di cui sopra si basa su alcune ipotesi, che sono le seguenti:

  • Lo stesso flusso collega sia il primario che il secondario senza alcuna perdita di flusso.
  • La corrente secondaria è piccola.
  • La resistenza e la corrente primarie sono trascurabili.

Quindi, l'efficienza del trasformatore non può essere del 100%. Sebbene uno ben progettato possa avere un'efficienza fino al 95%. Per avere una maggiore efficienza, è necessario tenere a mente i quattro principali motivi della perdita di energia.

Causa della perdita di energia del trasformatore:

  • Perdita di flusso: C'è sempre una perdita di flusso poiché è quasi impossibile che tutto il flusso dal primario passi al secondario senza alcuna perdita.
  • Eddy correnti: il flusso magnetico variabile indurrà correnti parassite nel nucleo di ferro, che possono causare riscaldamento e quindi perdita di energia. Questi potrebbero essere ridotti al minimo utilizzando un nucleo di ferro laminato.
  • Resistenza nell'avvolgimento: L'energia viene persa sotto forma di dissipazione del calore attraverso i fili, ma può essere ridotta al minimo mediante l'uso di fili relativamente spessi.
  • isteresi: Quando la magnetizzazione del nucleo viene ripetutamente invertita da un campo magnetico alternato, si verifica un dispendio o una perdita di energia mediante la generazione di calore all'interno del nucleo. Questo può essere ridotto utilizzando materiali con minore perdita di isteresi magnetica.

Studieremo su Corrente parassitas e Isteresi magnetica in dettaglio nelle sezioni successive.

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