Un trasformatore è un dispositivo elettromagnetico statico progettato per convertire (trasformare) una tensione alternata aumentandola o diminuendola. Può anche essere utilizzato per modificare il numero di fasi e meno spesso per modificare la frequenza della corrente alternata.
L'energia elettrica viene solitamente trasmessa su lunghe distanze a una tensione che è molte volte superiore al livello di tensione utilizzato dai consumatori domestici. L'utilizzo di trasformatori fornisce un miglioramento della qualità del processo di trasmissione dell'energia elettrica e consente di ridurre le perdite che si verificano nelle reti.
Dispositivo e principio di funzionamento
Un trasformatore è strutturalmente costituito da due (o più) avvolgimenti e un nucleo, chiamato anche circuito magnetico. La tensione viene applicata al dispositivo sull'avvolgimento primario e la tensione già convertita viene rimossa dall'avvolgimento secondario. Gli avvolgimenti sono collegati tra loro da un campo magnetico alternato, che viene creato nel nucleo dalla tensione fornita all'avvolgimento primario.
Tipi di trasformatori
- energia;
- misurazione;
- bassa potenza;
- impulso;
- trasformatori di picco.
Perdite
La trasmissione di energia elettrica dal primario al secondario è invariabilmente accompagnata da perdite.
Non ci sono componenti rotanti nel trasformatore e quindi nessuna perdita meccanica. Tuttavia, nell'unità, si verificano perdite nel rame degli avvolgimenti dovute alla presenza negli avvolgimenti di un elettrico resistenza, nonché perdite magnetiche nell'acciaio del nucleo dovute alle correnti parassite e inversione della magnetizzazione.
Per questi motivi, non tutta l'energia viene trasferita, ma solo la maggior parte di essa.
Efficienza e modi per aumentarla
Come ogni altro convertitore di energia, un trasformatore ha un coefficiente di prestazione (COP), che caratterizza l'efficienza del suo funzionamento.
L'efficienza è il rapporto tra la potenza che il carico utile dell'unità assorbe e la potenza che il trasformatore caricato assorbe dalla rete. Inoltre, l'efficienza può essere espressa in termini di rapporto tra l'energia utilizzata in modo efficiente e l'energia consumata dal sistema.
Poiché il trasformatore è un convertitore di energia passivo, la sua efficienza è sempre inferiore all'unità (η <1). Ciò significa che la potenza assorbita dal carico collegato all'avvolgimento secondario è sempre inferiore alla potenza assorbita dal dispositivo caricato dall'impianto.
Esistono diversi modi per migliorare l'efficienza, mirati principalmente a ridurre le perdite. Ad esempio, per ridurre le perdite di rame, è necessario aumentare la sezione dei fili dell'avvolgimento. Una diminuzione delle perdite dovute all'inversione della magnetizzazione può essere ottenuta quando si utilizza acciaio magnetico dolce con una certa composizione e struttura per il nucleo.
Per ridurre le perdite dovute a correnti parassite, la raccolta del nucleo magnetico deve essere effettuata da barre di acciaio separate, isolate l'una dall'altra. Inoltre, il silicio può essere utilizzato come additivo nel materiale del circuito magnetico.