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I trasformatori sono in grado di ricevere potenza in corrente alternata a una certa tensione e di erogarla a un’altra tensione. In questo modo contribuiscono a ottenere una migliore efficienza di trasmissione durante il trasferimento della potenza su lunghe distanze.
In questo video esamineremo il funzionamento e la costruzione di un trasformatore trifase, partendo dalla sua forma più semplice.
Il principio di funzionamento di base di un trasformatore è semplice: l’induzione elettromagnetica. Secondo questo principio, un flusso magnetico variabile associato a una spira induce ai suoi capi una forza elettromotrice.
Un campo magnetico fluttuante di questo tipo può essere prodotto facilmente da una bobina e da un sistema a tensione alternata.
Un conduttore percorso da corrente genera un campo magnetico attorno a sé. Il campo magnetico prodotto da una bobina sarà come mostrato in figura. A causa della natura variabile della corrente alternata, anche il campo magnetico associato alla bobina varierà.
Questo flusso magnetico può essere efficacemente concatenato a un avvolgimento secondario con l’aiuto di un nucleo realizzato in materiale ferromagnetico.
Questo campo magnetico variabile indurrà una forza elettromotrice nelle bobine secondarie per effetto dell’induzione elettromagnetica.
Poiché le spire sono disposte in serie, la forza elettromotrice totale indotta ai capi dell’avvolgimento sarà la somma delle singole forze elettromotrici indotte in ciascuna spira.
Poiché lo stesso flusso magnetico attraversa le bobine primaria e secondaria, la forza elettromotrice per spira sarà la stessa sia per la bobina primaria sia per quella secondaria.
La forza elettromotrice per spira della bobina primaria è legata alla tensione di ingresso applicata, come mostrato.
Di conseguenza, la forza elettromotrice indotta nella bobina secondaria si esprime come segue.
Ciò significa semplicemente che, con un numero di spire inferiore nel secondario rispetto al primario, è possibile ridurre la tensione.
Nel caso opposto, è possibile aumentare la tensione.
In questo video esamineremo il funzionamento e la costruzione di un trasformatore trifase, partendo dalla sua forma più semplice.
Il principio di funzionamento di base di un trasformatore è semplice: l’induzione elettromagnetica. Secondo questo principio, un flusso magnetico variabile associato a una spira induce ai suoi capi una forza elettromotrice.
Un campo magnetico fluttuante di questo tipo può essere prodotto facilmente da una bobina e da un sistema a tensione alternata.
Un conduttore percorso da corrente genera un campo magnetico attorno a sé. Il campo magnetico prodotto da una bobina sarà come mostrato in figura. A causa della natura variabile della corrente alternata, anche il campo magnetico associato alla bobina varierà.
Questo flusso magnetico può essere efficacemente concatenato a un avvolgimento secondario con l’aiuto di un nucleo realizzato in materiale ferromagnetico.
Questo campo magnetico variabile indurrà una forza elettromotrice nelle bobine secondarie per effetto dell’induzione elettromagnetica.
Poiché le spire sono disposte in serie, la forza elettromotrice totale indotta ai capi dell’avvolgimento sarà la somma delle singole forze elettromotrici indotte in ciascuna spira.
Poiché lo stesso flusso magnetico attraversa le bobine primaria e secondaria, la forza elettromotrice per spira sarà la stessa sia per la bobina primaria sia per quella secondaria.
La forza elettromotrice per spira della bobina primaria è legata alla tensione di ingresso applicata, come mostrato.
Di conseguenza, la forza elettromotrice indotta nella bobina secondaria si esprime come segue.
Ciò significa semplicemente che, con un numero di spire inferiore nel secondario rispetto al primario, è possibile ridurre la tensione.
Nel caso opposto, è possibile aumentare la tensione.
Ma, poiché l’energia si conserva, le correnti primaria e secondaria devono soddisfare la seguente relazione.
I trasformatori trifase utilizzano tre trasformatori monofase di questo tipo, ma con una configurazione delle bobine leggermente diversa. Qui le bobine primaria e secondaria sono disposte concentricamente.
Altri due avvolgimenti dello stesso tipo sono impiegati in un trasformatore trifase.
I trasformatori di elevata potenza impiegano generalmente un tipo speciale di avvolgimento noto come avvolgimento a dischi, nel quale avvolgimenti a disco separati sono collegati in serie mediante collegamenti incrociati esterni e interni.
Gli avvolgimenti di bassa tensione sono collegati in triangolo, mentre gli avvolgimenti di alta tensione sono collegati in stella.
In questo modo, la tensione di linea aumenta ulteriormente sul lato di alta tensione fino a tre volte. Ciò significa anche che, da un trasformatore trifase elevatore, possiamo prelevare quattro conduttori di uscita: tre conduttori di fase e un neutro.
Per portare all’esterno l’energia elettrica sono necessari isolatori passanti per alta tensione.
Il nucleo del trasformatore è costituito da sottili lamierini di acciaio isolati. Tali lamierini di acciaio vengono impilati come mostrato, per formare le tre colonne del nucleo trifase.
Lo scopo dei lamierini sottili è ridurre le perdite di energia dovute alle correnti parassite.
Gli avvolgimenti di bassa tensione sono generalmente disposti vicino al nucleo.
Durante il trasferimento di potenza dalla bobina primaria a quella secondaria si verificano vari tipi di perdite di energia. Tutte queste perdite di energia vengono dissipate sotto forma di calore.
Per questo motivo, il trasformatore è solitamente immerso in un olio isolante di raffreddamento per dissipare il calore.
L’olio dissipa il calore per convezione naturale.
L’olio nel serbatoio si espande assorbendo il calore.
Un vaso di espansione aiuta a compensare questa variazione di volume.
I trasformatori trifase utilizzano tre trasformatori monofase di questo tipo, ma con una configurazione delle bobine leggermente diversa. Qui le bobine primaria e secondaria sono disposte concentricamente.
Altri due avvolgimenti dello stesso tipo sono impiegati in un trasformatore trifase.
I trasformatori di elevata potenza impiegano generalmente un tipo speciale di avvolgimento noto come avvolgimento a dischi, nel quale avvolgimenti a disco separati sono collegati in serie mediante collegamenti incrociati esterni e interni.
Gli avvolgimenti di bassa tensione sono collegati in triangolo, mentre gli avvolgimenti di alta tensione sono collegati in stella.
In questo modo, la tensione di linea aumenta ulteriormente sul lato di alta tensione fino a tre volte. Ciò significa anche che, da un trasformatore trifase elevatore, possiamo prelevare quattro conduttori di uscita: tre conduttori di fase e un neutro.
Per portare all’esterno l’energia elettrica sono necessari isolatori passanti per alta tensione.
Il nucleo del trasformatore è costituito da sottili lamierini di acciaio isolati. Tali lamierini di acciaio vengono impilati come mostrato, per formare le tre colonne del nucleo trifase.
Lo scopo dei lamierini sottili è ridurre le perdite di energia dovute alle correnti parassite.
Gli avvolgimenti di bassa tensione sono generalmente disposti vicino al nucleo.
Durante il trasferimento di potenza dalla bobina primaria a quella secondaria si verificano vari tipi di perdite di energia. Tutte queste perdite di energia vengono dissipate sotto forma di calore.
Per questo motivo, il trasformatore è solitamente immerso in un olio isolante di raffreddamento per dissipare il calore.
L’olio dissipa il calore per convezione naturale.
L’olio nel serbatoio si espande assorbendo il calore.
Un vaso di espansione aiuta a compensare questa variazione di volume.