Il trasformatore è un dispositivo incluso nelle macchine elettriche, utilizzato soprattutto per modificare le proprietà della corrente che scorre. Nel settore dell'energia, viene utilizzato per modificare la tensione tra stadi successivi di trasmissione. In questo articolo esamineremo la costruzione, il funzionamento e le applicazioni di questo dispositivo.
Come si costruisce un trasformatore?
Gli elementi di base di un trasformatore sono un nucleo in acciaio e due avvolgimenti, primario e secondario, in rame o alluminio. Il nucleo è il circuito magnetico del trasformatore e conduce il flusso magnetico. È costituito da colonne collegate da gioghi, sui quali viene avvolto l'avvolgimento. È costituito da fogli metallici isolati, sottili e fortemente drogati per ridurre le perdite dovute alle correnti parassite e all'isteresi. I circuiti elettrici del trasformatore sono gli avvolgimenti, montati su colonne. Sono costituiti da conduttori isolati in rame o alluminio.
Il tipo di avvolgimento più comune è quello cilindrico. In questo caso, gli avvolgimenti primari e secondari sono realizzati come cilindri concentrici, montati su un'unica colonna. L'avvolgimento inferiore è posizionato direttamente sulla colonna, mentre l'avvolgimento superiore è posizionato sull'avvolgimento inferiore ed è isolato tra i due, oltre che sulla colonna stessa. Ogni avvolgimento è separato galvanicamente, non vi è alcun collegamento elettrico tra di essi, e l'energia viene trasferita attraverso la presenza di un campo magnetico. Un'eccezione a questa regola è l'autotrasformatore, in cui entrambi gli avvolgimenti hanno una parte comune e una connessione galvanica.
Come funziona un trasformatore?
Per poter modificare le proprietà dell'energia elettrica, è necessario alimentarla negli avvolgimenti di un trasformatore. A tal fine, l'avvolgimento primario viene collegato a una fonte di corrente che fa fluire l'energia al suo interno e crea un campo magnetico alternato. Il nucleo del trasformatore conduce un flusso di campo magnetico alternato, che scorre poi nell'avvolgimento secondario. La variazione del flusso del campo magnetico nell'avvolgimento secondario provoca l'induzione elettromagnetica. In questo modo, nell'avvolgimento secondario si crea una forza elettromotrice variabile. La variazione della tensione dell'energia trasformata dipende dal numero di avvolgimenti. Se il numero di avvolgimenti dell'avvolgimento primario è maggiore del numero di avvolgimenti dell'avvolgimento secondario, la tensione indotta sarà inferiore alla tensione primaria. Questo tipo di trasformatore è chiamato trasformatore a riduzione di tensione. Analogamente, se il numero di avvolgimenti dell'avvolgimento primario è inferiore a quello dell'avvolgimento secondario, la tensione secondaria sarà superiore a quella primaria, e questo tipo di trasformatore è chiamato amplificatore di tensione.
In casi particolari, si utilizzano autotrasformatori in cui la funzione di entrambi gli avvolgimenti è svolta da un unico avvolgimento. Viene utilizzato, tra l'altro, nell'industria elettrica, in situazioni in cui è necessario trasformare la tensione con un piccolo moltiplicatore, indicato nella letteratura tecnica come trasformatore. Oltre a ciò, si riscontrano differenze nel principio di funzionamento tra i vari tipi di trasformatori, che possono essere costruiti in modo diverso a seconda del metodo di raffreddamento o della potenza nominale; tuttavia, si tratta di un argomento talmente vasto che ciascuna di queste tipologie merita un articolo separato e dedicato.
Applicazione dei trasformatori
Come abbiamo accennato brevemente nell'introduzione, i trasformatori vengono utilizzati per modificare i parametri dell'elettricità. L'applicazione più importante è quella di modificare il valore della tensione, la corrente che scorre. I trasformatori costruiti a questo scopo sono collocati in tutti gli stadi della rete di trasmissione. L'industria elettrica li utilizza per distribuire l'energia e trasportarla ulteriormente lungo linee a bassa tensione, in modo che la rete di distribuzione possa infine consegnarla ai consumatori finali. A questo scopo, vengono utilizzati soprattutto trasformatori tradizionali a olio, che garantiscono un'elevata affidabilità e una lunga durata.
Tuttavia, esistono trasformatori speciali il cui compito non è solo quello di trasformare l'energia. Uno di questi è il trasformatore di isolamento, utilizzato per alimentare apparecchiature in condizioni di isolamento dalla rete. Viene utilizzato, tra l'altro, nei laboratori di misura, dove la messa a terra della rete elettrica è un elemento indesiderato che può influenzare il risultato dell'esperimento.
