JAES Learning

SCOPRI IL NOSTRO CANALE YOUTUBE
Jaes Sponsor - Basket



Cos’è un TRASFORMATORE e come funziona? Tipi di trasformatori

La potenza elettrica viaggia dalla centrale elettrica alle nostre case attraverso un complesso sistema chiamato rete di distribuzione.

Poiché la potenza elettrica sia utile all’interno di una casa o all’interno di un’azienda, essa deve uscire dalla rete di trasmissione per poi essere imessa all’interno della rete di distribuzione.

Nella rete di distribuzione i trasformatori rappresentano dei dispositivi essenziali per modificare le tensioni elettriche e ridurre al minimo le perdite di energia durante il processo di trasmissione della corrente lungo le linee di trasmissione.

Un trasformatore infatti è una macchina elettrica statica che sfrutta il principio dell’induzione elettromagnetica per convertire un segnale in corrente alternata da un circuito elettrico ad un altro, spesso cambiando o trasformando i parametri elettrici, ovvero tensione e intensità di corrente, e mantenendo costante la potenza elettrica apparente

Senza trasformatori la potenza elettrica non sarebbe in grado di percorrere lunghe distanze, e dunque, non sarebbe in grado di fornire l’elettricità a intere città o complessi industriali.

Esistono diverse tipologie di trasformatori in uso, posti in punti diversi della trasmissione e distribuzione dei circuiti elettrici. Essi sono classificati in base ai livelli di tensione, al tipo di nucleo utilizzato, alle disposizioni degli avvolgimenti, all’uso, al luogo di installazione, ecc..

Ecco alcuni esempi:
TRASFORMATORE STEP-UP: in cui la tensione secondaria viene incrementata con un rapporto rispetto alla tensione primaria.
TRASFORMATORE STEP-DOWN: utilizzato per abbassare il livello di tensione, dal livello inferiore a quello superiore.
TRASFORMATORE IN ARIA: nel quale entrambi gli avvolgimenti primari e secondari sono avvolti su di una striscia non magnetica, in cui il collegamento del flusso tra gli avvolgimenti primari e secondari avviene attraverso l’aria.
TRASFORMATORE CON NUCLEO DI FERRO: dove entrambi gli avvolgimenti primari e secondari sono avvolti su di una pila composta da più strati di ferro.
AUTOTRASFORMATORE: costituito da un unico avvolgimento dotato di prese intermedie.
TRASFORMATORE DI POTENZA: le sue grandi dimensioni gli permettono di essere adatto per il trasferimento di energia ad alta tensione.
TRASFORMATORE DI DISTRIBUZIONE: che distribuisce la potenza generata dall’impianto di produzione di energia a postazioni remote.
TRASFORMATORE DI MISURA: usato per misurare le grandezze elettriche come: tensione, corrente, potenza, ecc…

JAES, nel suo catalogo, offre una ampia scelta di trasformatori dei magiori costruttori.

In questo video ci concentremo sul fuzionamento del trasformatore trifase.
Essendo un dispositivo static, questa tipologia di trasformatore non presenta parti mobili, questo assicura, in condizioni normali di funzionamento, un lungo ciclo di vita del dispositivo.


Secondo il principio di induzione elettromagnetica, un campo magnetico variabile associato ad un semplice avvolgimento di bobina, indurrà una forza elettromotrice attraverso di esso.

Un tale campo magnetico oscillante può essere facilmente prodotto da una bobina e da un campo elettromagnetico alternato.

Un conduttore portatore di corrente produce un campo magnetico attorno ad esso. In questa immagine puoi vedere il campo magnetico prodotto da una bobina:

Grazie alla natura fluttuante della corrente alternata, anche il campo magnetico associato alla bobina fluttuerà.

Questo flusso magnetico può essere collegato ad un avvolgimento secondario, con l’aiuto di un nucleo costituito da un materiale ferromagnetico.
A causa dell’induzione elettromagnetica, il campo magnetico fluttuante indurrà un campo elettromagnetico negli avvolgimenti secondari.

Poiché le spire sono disposte in serie, per ottenere il netto del campo magnetico indotto attraverso l’avvolgimento, è necessario sommare i singoli campi elettromagnetici indotti in ogni turno.

Dal momento in cui lo stesso flusso magnetico passa attraverso gli avvolgimenti primari e secondari, il campo elettromagnetico sarà lo stesso per entrambi gli avvolgimenti in ogni turno.

Il campo magnetico per giro per l’avvolgimento primario è correlato alla tensione di ingresso applicata come mostrato. Di conseguenza il campo magnetico indotto sull’avvolgimento secondario è espresso come segue:

Questo significa semplicemente che con un minor numero di giri nell’avvolgimento secondario rispetto a quello primario è possibile abbassare la tensione.

Per il caso opposto, si può aumentare la tensione. Ma poiché l’energia è conservata, le correnti primarie e secondarie devono obbedire alla seguente leggi:

I trasformatori trifase utilizzano tre di questi trasformatori monofase, ma con una configurazione dell’avvolgimento leggermente diversa.

Qui gli avvolgimenti primari e secondari sono disposti in modo concentrico. Altri due di questi avvolgimenti sono impiegati in un trasformatore trifase.

I trasformatori con potenze nominali elevate, impiegano solitamente un tipo speciale di avvolgimento noto come avvolgimento a disco, in cui diversi avvolgimenti a disco, separati tra loro, sono collegati in serie attraverso le loro estremità esterne ed interne.

Gli avvolgimenti di bassa tensione sono collegati in una configurazione a triangolo. Mentre i rivestimenti ad alta tensione sono collegati in una configurazione a stella.

Pertanto la tensione di rete aumenta ulteriormente fino a 3 volte sul lato di alta tensione. Questo significa anche che, da un trasformatore step-up trifase, possiamo ricavare quattro cavi di uscita: 3 fili di alimentazione trifase e uno neutro.

L’energia elettrica in uscita dal trasformatore necessita di boccole isolate ad alta tensione per facilitarne il passaggio nella rete di distribuizione.
La forma ondulata delle boccole consente di minimizzare la perdita di potenza dovuta all’esposizione a condizioni meteorologiche, inquinamento atmosferico, polveri, ecc.

The electrical energy needs high-voltage insulated bushings to facilitates its passage through the grounded tank of the transformer.
The wavy shape of the bushings is to maximize surface path length and minimize surface leakage, corona, and eventual arcing from exposure to year-round weather conditions, air pollution, dust, etc…

Possiamo notare che il nucleo del trasformatore è formato da uno strato di sottili lamine di acciaio isotermico.

Più strati di lamine in acciaio sono impilati insieme a formare un unico pezzo.
Queste lamine consentono di ridurre al minimo le correnti parassite.
Le correnti parassite in un nucleo di un trasformatore rappresentano una perdita indesiderata. Esse assorbono l’energia dalla rete e riducono l’efficienza del trasformatore. Queste correnti non possono essere completamente eliminate, ma possono essere ridotte il più possibile.

L’avvolgimento di bassa tensione è posizionato vicino al nucleo.

Quando la potenza viene trasferita dal primo avvolgimento al secondo avvolgimento, possono verificarsi molti tipi di perdite di energia.

Tutte queste perdite di energia rappresentano calore. Per questo motivo i trasformatori devono avere un sistema di raffreddamento al loro interno per rimuovere il calore in eccesso prodotto da tali perdite.

I trasformatori trifase infatti sono solitamente immersi in una serpentina di raffreddamento, per dissipare il calore.

L’olio dissipa il calore tramite convezione naturale. Mentre assorbe il calore l’olio nel serbatoio però si espande. Per questo motivo, un serbatoio posto al di sopra del trasformatore consente di ospitare l’olio in eccesso causato da questo cambiamento di volume.