Il trasformatore è la macchina elettrica statica che trasferisce energia tra due circuiti a tensioni diverse. Rapporto spire, perdite nel ferro e nel rame.
Principio di funzionamento
Il trasformatore sfrutta l'induzione elettromagnetica: una corrente alternata nell'avvolgimento primario genera un flusso magnetico variabile nel nucleo ferromagnetico, che induce una f.e.m. nell'avvolgimento secondario.
Rapporto di trasformazione
k = V₁/V₂ = N₁/N₂ = I₂/I₁
Dove N₁ e N₂ sono il numero di spire del primario e del secondario. Se k > 1 è un trasformatore riduttore (step-down), se k < 1 è un elevatore (step-up).
Potenza e rendimento
In un trasformatore ideale la potenza è conservata: V₁·I₁ = V₂·I₂. In pratica le perdite riducono il rendimento:
η = P₂/P₁ = P₂/(P₂ + PFe + PCu)
Le perdite nel ferro (PFe) sono costanti e dovute a isteresi e correnti parassite. Le perdite nel rame (PCu) variano con il carico: PCu = R·I². I trasformatori di distribuzione raggiungono rendimenti del 97-99%.
Classificazione
Per tipo di raffreddamento: in olio (ONAN, ONAF) o in resina (dry type). Per impiego: di potenza (MT/BT), di distribuzione, di misura (TA/TV), di isolamento, autotrasformatori. Per numero di fasi: monofase o trifase.
Dati di targa
Ogni trasformatore riporta: potenza nominale Sn (kVA), tensioni nominali V₁ₙ/V₂ₙ, frequenza, gruppo orario (per trifase), tensione di cortocircuito percentuale vcc%, e classe di isolamento termico.
Domande frequenti
Il trasformatore sfrutta l'induzione elettromagnetica: una corrente alternata nel primario genera un flusso magnetico variabile nel nucleo ferromagnetico, che induce una tensione nell'avvolgimento secondario proporzionale al rapporto tra le spire.
Il rapporto di trasformazione è k = V₁/V₂ = N₁/N₂ = I₂/I₁, dove V sono le tensioni, N il numero di spire e I le correnti. Se k > 1 è un riduttore (step-down), se k < 1 è un elevatore (step-up).
No, il trasformatore funziona solo con corrente alternata. La corrente continua produce un flusso magnetico costante che non può indurre tensione nel secondario. Per trasformare tensioni in DC si usano convertitori elettronici (DC-DC).
Le perdite sono di due tipi: perdite nel ferro (isteresi e correnti parassite, costanti) e perdite nel rame (effetto Joule negli avvolgimenti, proporzionali al quadrato della corrente). I trasformatori di distribuzione raggiungono rendimenti del 97-99%.
La tensione di cortocircuito percentuale (vcc%) è la tensione da applicare al primario per far circolare la corrente nominale con il secondario in cortocircuito. Indica l'impedenza interna del trasformatore e tipicamente vale il 4-6% per trasformatori di distribuzione.