Qual è la costruzione e il funzionamento del trasformatore monofase?
Costruzione e funzionamento di un trasformatore monofase
Un trasformatore monofase è un dispositivo statico che trasferisce l'energia elettrica da un circuito all'altro tramite induzione elettromagnetica, modificando i livelli di tensione e corrente nel processo. Ecco una ripartizione della sua costruzione e funzionamento:
Costruzione:
1. Nucleo:
- Tipicamente realizzati con lamiere di acciaio laminate per ridurre le perdite per correnti parassite.
- Fornisce un percorso a bassa riluttanza per il flusso magnetico.
- Due tipi:
- Tipo di base: L'avvolgimento circonda il nucleo.
- Tipo di shell: Il nucleo circonda l'avvolgimento.
2. Avvolgimenti:
- Avvolgimento primario: Collegato alla sorgente di tensione in ingresso.
- Avvolgimento secondario: Collegato al carico.
- Il numero di spire di ciascun avvolgimento determina il rapporto di trasformazione della tensione.
3. Isolamento:
- Isolamento tra spire: Tra le spire dello stesso avvolgimento per evitare cortocircuiti.
- Isolamento tra gli avvolgimenti: Tra gli avvolgimenti primari e secondari per la sicurezza e l'isolamento della tensione.
- Boccole: Fornire isolamento per i conduttori in entrata e in uscita dal trasformatore.
4. Serbatoio:
- Racchiude il nucleo e gli avvolgimenti, riempiti con olio isolante per il raffreddamento e l'isolamento.
- Fornisce protezione contro l'umidità e altri rischi ambientali.
5. Serbatoio conservatore:
- Collegato al serbatoio principale per consentire l'espansione e la contrazione dell'olio dovuta alle variazioni di temperatura.
6. Sfiato:
- Consente all'aria di entrare nel serbatoio del conservatore per compensare le variazioni del volume dell'olio.
- Contiene gel di silice per assorbire l'umidità dall'aria.
7. Sistema di raffreddamento:
- I trasformatori immersi in olio si basano sulla convezione naturale o sul raffreddamento ad aria forzata.
- I trasformatori più grandi possono utilizzare radiatori, ventole o altri metodi di raffreddamento.
Principio di funzionamento:
1. Tensione in ingresso: Quando la tensione CA viene applicata all'avvolgimento primario, crea un flusso magnetico alternato nel nucleo.
2. Induzione elettromagnetica: Il cambiamento del flusso magnetico induce una forza elettromotrice (EMF) nell'avvolgimento secondario, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica di Faraday.
3. Tensione di uscita: L'entità della forza elettromagnetica indotta nell'avvolgimento secondario è proporzionale al rapporto tra le spire negli avvolgimenti primario e secondario. Ciò determina la trasformazione della tensione.
4. Trasformazione corrente: La corrente che scorre attraverso l'avvolgimento secondario è inversamente proporzionale al rapporto di trasformazione della tensione. Ciò significa che se la tensione aumenta, la corrente diminuisce e viceversa.
5. Trasferimento di potenza: La potenza trasferita dall'avvolgimento primario a quello secondario è pressoché uguale, trascurando le perdite.
Tipi di trasformatori monofase:
- Trasformatore elevatore: Aumenta la tensione (più giri nell'avvolgimento secondario).
- Trasformatore abbassatore: Diminuisce la tensione (più giri nell'avvolgimento primario).
- Trasformatore di isolamento: Fornisce l'isolamento elettrico tra i circuiti primario e secondario.
Vantaggi dei trasformatori monofase:
- Trasferimento di potenza efficiente: Elevata efficienza grazie alle basse perdite.
- Trasformazione di tensione: Fornisce flessibilità per regolare i livelli di tensione.
- Isolamento elettrico: Isola i circuiti per la sicurezza.
Svantaggi dei trasformatori monofase:
- Capacità di gestione della potenza limitata: I trasformatori monofase vengono generalmente utilizzati per applicazioni a bassa potenza.
- Maggiore caduta di tensione: Più incline alle cadute di tensione rispetto ai trasformatori trifase.
I trasformatori monofase sono componenti essenziali in varie applicazioni, tra cui la distribuzione di energia residenziale e commerciale, dispositivi elettronici e sistemi industriali. Svolgono un ruolo cruciale nel garantire un trasferimento di potenza e una regolazione della tensione sicuri ed efficienti.