Immagina un mondo senza trasformatori: i cavi dell'alta tensione incomberebbero sui quartieri, ma non riuscirebbero a fornire elettricità in modo sicuro alle case; le apparecchiature di fabbrica funzionerebbero male costantemente a causa della tensione instabile; persino la ricarica di uno smartphone diventerebbe problematica. Questo modesto dispositivo elettrico è, in realtà, la spina dorsale indispensabile dei moderni sistemi di alimentazione. Questo articolo fornisce un'esplorazione approfondita dei trasformatori, dai principi fondamentali ai vari tipi, offrendo una comprensione completa di questa tecnologia critica.

Un trasformatore è un dispositivo elettrico che trasferisce energia tra circuiti attraverso l'induzione elettromagnetica. Essenzialmente funge da "convertitore di tensione", in grado di aumentare o diminuire la tensione mantenendo una potenza approssimativamente costante, consentendo una trasmissione efficiente e un utilizzo sicuro dell'elettricità. I trasformatori sono costituiti principalmente da due avvolgimenti:

• Avvolgimento primario: Si collega alla fonte di alimentazione CA, ricevendo energia elettrica.
• Avvolgimento secondario: Si collega al carico, erogando energia elettrica.

Alterando il rapporto di spire tra gli avvolgimenti primario e secondario, la tensione può essere aumentata o diminuita. Quando le spire dell'avvolgimento secondario superano le spire primarie, la tensione aumenta (trasformatore elevatore); al contrario, la tensione diminuisce (trasformatore abbassatore).

Il funzionamento del trasformatore si basa sulla legge di Faraday, che afferma:

Quando il flusso magnetico attraverso un circuito chiuso cambia, nel circuito viene indotta una forza elettromotrice (FEM), la cui grandezza è proporzionale alla velocità di variazione del flusso.

Espressa matematicamente come: E = N dΦ/dt dove:

• E = Forza elettromotrice indotta
• N = Numero di spire dell'avvolgimento
• dΦ = Variazione del flusso magnetico
• dt = Variazione del tempo

In particolare, quando la corrente alternata scorre attraverso l'avvolgimento primario, genera un campo magnetico alternato. Questo campo penetra nell'avvolgimento secondario, inducendo la FEM secondo la legge di Faraday, creando così corrente indotta e consentendo il trasferimento di potenza.

I trasformatori sono disponibili in numerose varietà, classificabili in base a molteplici criteri. Di seguito esaminiamo i diversi tipi attraverso varie dimensioni di classificazione, tra cui livello di tensione, materiale del nucleo, applicazione, configurazione di fase e ambiente di installazione.

La classificazione basata sulla tensione produce tre tipi principali:

• Trasformatore elevatore: Converte la bassa tensione in alta tensione, principalmente per la trasmissione a lunga distanza per ridurre le perdite di linea.
• Trasformatore abbassatore: Converte l'alta tensione in bassa tensione, principalmente per i sistemi di distribuzione e varie apparecchiature elettriche per soddisfare i diversi requisiti di tensione.
• Trasformatore di isolamento: Mantiene tensioni primarie e secondarie uguali, principalmente per l'isolamento del circuito per proteggere le apparecchiature e il personale, sopprimendo al contempo il rumore.

1.3 Trasformatori di isolamento

2. Per materiale del nucleo

Tipo di nucleo

Percorso del flusso