Re: avete del materiale semplice riguardo i TRASFORMATORI?

From: Mino Saccone <mino.saccone_at_tin.it>
Date: Sat, 16 Jun 2001 11:11:14 GMT

"Monica" <mamyblue_at_libero.it> ha scritto nel messaggio
news:9gb8r6$3a96$1_at_stargate1.inet.it...
> Cerco del materiale per poter inserire nel mio percorso personale
> per la maturit�! Che nn sia troppo difficile! (non mi interessano
> tanto le formule quanto il capirne il funzionamento, la struttura,
> l' importanza della sua invenzione ecc....) Grazie a tutti!!!!!!

Non ho materiale da suggerire. Posso tentare di spiegare il funzionamento di un
trasformatore in maniera qualitativa e senza usare formule.

Consideriamo un'induttore attaccato a una sorgente di tensione alternata.
Supponiamo per ora nulle le perdite nel ferro e nel rame e tutti i componenti
perfettamente lineari e supponiamo anche la tensione di ingresso perfettamente
sinusoidale.

L'induttore fara' circolare una corrente tale da generare un flusso magnetico
nel nucleo e questo flusso magnetico deve essere tale da autoindurre nella
bobina stessa una forza elettromotrice, istante per istante, in opposizione alla
tensione applicata. Perche' tutto cio' avvenga occorre che la f.e.m sia
sinusoidale e in fase (opposta) alla tensione, essendo la fem la derivata del
flusso magnetico rispetto al tempo moltiplicata per il numero delle spire ne
discende che il flusso magnetico sara' in "quadratura di fase" con la tensione
(l'integrale di un seno e' un coseno!). Siccome il flusso magnetico e' dato
dalla corrente circolante moltiplicata per il numero delle spire e per la
permeanza del circuito magnetico (del nucleo di ferro) ne discende che la
corrente sara' "in fase" con il flusso magnetico e quindi "in quadratura" con la
tensione.

Sullo stesso nucleo oltre al primo avvolgimento (primario) si mette un secondo
avvolgimento (secondario). E' evidente che in ogni spira dei due avvolgimenti
sara' indotta la stessa fem. le spire del primario (nprim), in serie tra loro,
generano per quanto detto prima una fem tale da opporsi alla tensione di
ingresso. Le spire del secondario (nsec), anch'esse in serie tra loro,
genereranno ai capi dell'avvolgimento una fem (Vsec) che stara' a quella del
primario (Vprim) secondo il rapporto del numero di spire. Qui una facile
formuletta:

Vsec/Vprim= nsec/nprim

Finche' non attacchiamo alcun carico al secondario questo e' sufficiente e, nel
primario continuera' a fluire la corrente in quadratura gia' menzionata per
l'induttore che chiameremo Izero. Questa viene detta anche "corrente a vuoto"
del trasformatore.

Supponiamo ora di attaccare un carico (p.es. una resistenza) al secondario. Essa
(resistenza), soggetta alla tensione prodotta dal secondario, fara' circolare
una corrente secondo la legge di Ohm Isec = Vsec. Questa corrente altererebbe il
campo magnetico nel nucleo quindi il primario, per compensarne l'effetto,
richiama dalla sorgente una corrente (Iprim) in grado di "opporsi" all'effetto
della corrente del secondario. Tale effetto sara' Eprim = Iprim * nprim mentre
quella del secondario sarebbe
Esec = Isec * nsec

ne discende che:

Isec / Iprim= nprim/ nsec

in altre parole mentre la tensione "transita" dal primario al secondario in
rapporto diretto al rapporto spire, la corrente "transita" in rapporto inverso
al rapporto spire.

Una immediata conseguenza e' che:

Vprim*Iprim = Vsec*Isec

e ce lo aspettavamo per il principio di conservazione dell'energia!

In realta' nel primario, oltre a Iprim circola ancora Izero che si somma
ovviamente a Iprim, ma Izero, essendo in quadratura con la tensione, non
trasporta potenza.

Quello fin qui descritto e' un trasformatore ideale, senza perdite. Anzi il
"trasformatore ideale" e' definito con una permeanza infinita del nucleo che
rende nulla la Izero.

Nella realta' la Izero non sara' in perfetta quadratura per via delle perdite
per isteresi nel ferro, se il nucleo e' fatto di lamierino di ferro, ci saranno
anche le correnti di Foucault che si comportano come dei piccoli secondari
attaccati a resistenze e, se vogliamo, anche Izero provoca perdite per effeto
Joule nel rame del primario piu' le perdite"addizionali" dovute a un po' di
"effetto pelle" visto che siamo in corrente alternata. Quando poi attacchiamo un
vero carico al secondario, le perdite Joule e addizionali aumenteranno col
quadrato della corrente. Nei grossi trasformatori ben progettati la somma di
tutte le perdite non arriva all'1% del carico nominale (rendimenti > 99%).

Come si sara' capito il trasformatore non funziona in corrente continua in
quanto il flusso nel nucleo sarebbe costretto a salire linearmente nel tempo
verso l'infinito!

Un trasformatore consente quindi di:

Trasferire potenza elettrica anche molto grande da un circuito all'altro.

Isolare i due circuiti fra loro (fra primario e secondario non c'e' alcun
contatto elettrico)

Alterare a piacimento i due parametri della potenza elettrica
(tensione/corrente) tramite il rapporto spire.

Realizzare nei sistemi trifasi alcune utili artifici circuitali
(stella/triangolo) che tralasciamo.

Insomma nella realta':

Le centrali elettriche generano tensioni di poche migliaia di volt.

E' conveniente trasportare sulle grandi linee l'energia a centinaia di migliaia
di volt.

L'utenza cittadina e' a 220 volt.

Certe lampade sono alimentate a 12 V.

Tutte queste trasformazioni sono possibili economicamente e senza grosse perdite
grazie alle proprieta' dei trasformatori.

Saluti

Mino Saccone
Received on Sat Jun 16 2001 - 13:11:14 CEST