Trasformatori: Introduzione e Concetti Chiave

I trasformatori sono dispositivi elettrici statici che trasferiscono energia elettrica da un circuito a un altro tramite induzione elettromagnetica. Sono fondamentali per la distribuzione e l'utilizzo dell'energia elettrica, permettendo di aumentare o diminuire la tensione (e, di conseguenza, diminuire o aumentare la corrente) mantenendo la frequenza costante.

Principi di Funzionamento

Il funzionamento di un trasformatore si basa sulla legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica. Un trasformatore è composto principalmente da due o più avvolgimenti di filo conduttore (solitamente rame) isolati elettricamente tra loro e avvolti attorno a un nucleo ferromagnetico.

• Avvolgimento Primario: Collegato alla sorgente di energia (tensione di ingresso). La corrente alternata che lo percorre genera un flusso magnetico variabile nel nucleo.
• Avvolgimento Secondario: Collegato al carico (tensione di uscita). Il flusso magnetico variabile nel nucleo induce una tensione nell'avvolgimento secondario.

Tipi di Trasformatori

Esistono diversi tipi di trasformatori, classificati in base a diversi criteri:

• Trasformatori elevatori: Aumentano la tensione (e diminuiscono la corrente).
• Trasformatori abbassatori: Diminuiscono la tensione (e aumentano la corrente).
• Autotrasformatori: Hanno un solo avvolgimento che funge sia da primario che da secondario, offrendo un'efficienza maggiore ma un isolamento galvanico inferiore.
• Trasformatori di isolamento: Forniscono isolamento galvanico tra primario e secondario, utilizzati per sicurezza.
• Trasformatori di misura: Usati per misurare correnti o tensioni elevate in sicurezza.

Rapporto di Trasformazione

Il rapporto di trasformazione (N) è il rapporto tra il numero di spire dell'avvolgimento secondario (Ns) e il numero di spire dell'avvolgimento primario (Np):

N = Ns / Np

La tensione di uscita (Vs) è approssimativamente pari alla tensione di ingresso (Vp) moltiplicata per il rapporto di trasformazione:

Vs ≈ Vp * N

Efficienza del Trasformatore

L'efficienza di un trasformatore è il rapporto tra la potenza in uscita (Ps) e la potenza in ingresso (Pp):

Efficienza = Ps / Pp

I trasformatori reali presentano perdite dovute a:

• Perdite nel rame (dovute alla resistenza degli avvolgimenti).
• Perdite nel ferro (dovute all'isteresi e alle correnti parassite nel nucleo).

Applicazioni

I trasformatori sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui:

• Distribuzione di energia elettrica (reti di trasmissione e distribuzione).
• Alimentazione di dispositivi elettronici.
• Sistemi di controllo industriale.
• Saldatrici.
• Apparecchiature mediche.

Considerazioni Importanti

• Isolamento: Un isolamento adeguato tra gli avvolgimenti e il nucleo è fondamentale per la sicurezza e il corretto funzionamento.
• Raffreddamento: I trasformatori generano calore durante il funzionamento, quindi il raffreddamento (ad aria, olio, ecc.) è essenziale per prevenire il surriscaldamento e il guasto.
• Dimensionamento: La scelta del trasformatore corretto dipende dalla tensione e dalla corrente richieste dall'applicazione.
• Protezioni: Devono essere installate protezioni adeguate per proteggere il trasformatore da sovraccarichi, cortocircuiti e sovratensioni.