Cos'è trasformatore?

Un trasformatore è un dispositivo elettrico statico che trasferisce energia elettrica da un circuito all'altro attraverso l'induzione elettromagnetica. Questo trasferimento avviene mantenendo la frequenza costante, ma modificando i livelli di tensione e corrente. Sono componenti essenziali nei sistemi di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica.

Principio di Funzionamento:

I trasformatori si basano sul principio dell'induzione elettromagnetica. Consistono essenzialmente in due o più avvolgimenti di filo elettrico isolato, avvolti attorno ad un nucleo ferromagnetico comune. Quando una corrente alternata (AC) fluisce attraverso un avvolgimento (l'avvolgimento primario), crea un campo magnetico variabile nel nucleo. Questo campo magnetico variabile induce una tensione nell'altro avvolgimento (l'avvolgimento secondario).

Componenti Principali:

• Nucleo: Solitamente realizzato in lamierini di acciaio al silicio per minimizzare le perdite per isteresi e correnti parassite. Ha lo scopo di concentrare e canalizzare il flusso magnetico.
• Avvolgimento Primario: L'avvolgimento collegato alla sorgente di energia elettrica.
• Avvolgimento Secondario: L'avvolgimento che fornisce energia al carico.
• Isolamento: Materiali isolanti (come carta oliata, resine epossidiche) tra gli avvolgimenti e tra gli avvolgimenti e il nucleo per prevenire cortocircuiti.
• Involucro: Protegge i componenti interni del trasformatore dagli agenti esterni e fornisce supporto meccanico.
• Sistema di Raffreddamento (opzionale): Trasformatori di grandi dimensioni possono richiedere sistemi di raffreddamento a olio o ad aria per dissipare il calore generato dalle perdite.

Tipi di Trasformatori:

• Trasformatori Elevatori (Step-Up): Aumentano la tensione (e diminuiscono la corrente).
• Trasformatori Abbassatori (Step-Down): Diminuiscono la tensione (e aumentano la corrente).
• Autotrasformatore: Un unico avvolgimento funge sia da primario che da secondario. Più efficiente ma non fornisce isolamento galvanico.
• Trasformatore di Isolamento: Rapporto spire 1:1, fornisce isolamento galvanico tra primario e secondario.

Applicazioni:

• Trasmissione e Distribuzione dell'Energia: Permettono di trasportare l'energia elettrica a lunghe distanze ad alta tensione (per ridurre le perdite) e di abbassarla per l'uso domestico e industriale.
• Elettronica: Alimentatori, circuiti di controllo, ecc.
• Sistemi di Misura: Trasformatori di corrente (TC) e trasformatori di tensione (TV) per misurare correnti e tensioni elevate in sicurezza.

Rapporto di Trasformazione:

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

a = Ns / Np

In un trasformatore ideale (senza perdite), il rapporto tra le tensioni è uguale al rapporto di trasformazione:

Vs / Vp = a

E il rapporto tra le correnti è l'inverso del rapporto di trasformazione:

Is / Ip = 1/a

Perdite:

I trasformatori reali non sono ideali e presentano delle perdite di energia, principalmente dovute a:

• Perdite nel ferro (nucleo): Isteresi e correnti parassite.
• Perdite nel rame (avvolgimenti): Effetto Joule (I²R).

Efficienza:

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

Efficienza = Ps / Pp

L'efficienza è generalmente espressa in percentuale e, nei trasformatori di grande taglia, può superare il 99%.