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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.

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