Struttura generale di un trasformatore monofase
La struttura generale di un trasformatore è composta da:
Nucleo ferromagnetico un nucleo di materiale ferromagnetico all’interno del quale si sviluppa il campo magnetico necessario al funzionamento della macchina.
Avvolgimenti elettrici due gruppi di avvolgimenti elettrici denominati primario e secondario, oppure avvolgimenti di bassa tensione e di alta tensione.
Sistemi di isolamento degli avvolgimenti tra loro e verso massa, dai quali dipende la classe d’isolamento della macchina.
Parte strutturale Una parte strutturale, di metallo o di plastica, che serve ad assemblare le varie parti.
Nucleo ferromagnetico #
Lamierini nucleo ferromagentico
Il nucleo ferromagnetico dei trasformatori è costituito da lamierini ferromagnetici in acciaio e al silicio.
La scelta dei materiali dipende da due esigenze principali:
- Ridurre al minimo la corrente di magnetizzazione per ottenere il flusso magnetico
- Ridurre al minimo le perdite di potenza dovute al fenomeno di isteresi magnetica e correnti parassite. Per ridurre le correnti parassite si esegue la laminazione del nucleo.
Tipi di nucleo (monofase) #
Esistono due tipi di nucleo:
A colonne #
Nucleo ferromagnetico a colonne (monofase)
Due colonne verticali e gli avvolgimenti sono posti attorno alle due colonne. Il flusso è uguale in tutto il nucleo.
A mantello #
Nucleo ferromagnetico a mantello (monofase)
Tre colonne, una centrale e due laterali. Gli avvolgimenti sono posti attorno a quella centrale. Il flusso è massimo nella colonna centrale e dimezzato nelle colonne laterali.
Tipi di nucleo (trifase) #
Principalmente nei trasformatori trifase viene utilizzato il nucleo a colonne:
Trasformatore trifase a colonne (stella)
Avvolgimenti #
Gli avvolgimenti dei trasformatori vengono costruiti con conduttori in rame. Trascurando per il momento le perdite, si può dire che (nel caso del trasformatore monofase):
(idealmente) stessa potenza apparente al primario e al secondario
Dunque si deduce che nell’avvolgimento che circola più corrente avrà la tensione più bassa e viceversa.
Considerazioni trasformatore elevatore ed abbassatore
Avvolgimento ad Alta Tensione (AT) L’avvolgimento con più spire di sezione minore (tensione più alta e corrente più bassa).
Avvolgimento a Bassa Tensione (BT) L’avvolgimento con meno spire di sezione maggiore.
La disposizione degli avvolgimenti dipende da:
- Accoppiamento tra primario e secondario l’accoppiamento ideale si ha quando il flusso magnetico si concatena con entrambi. Questo si ottiene ponendo uno dentro l’altro ed entrambi attorno alla colonna.
- Necessità di isolamento l’isolamento tra gli avvolgimenti e i nuclei magnetici e tra gli avvolgimenti.
- Necessità di raffreddamento Nelle macchine di grande potenza gli avvolgimenti devono essere raffreddati correttamente.
Sistemi di raffreddamento #
Sistema di raffreddamento trasformatore
Le perdite di potenza di un trasformatore si trasformano in calore, producendo così un innalzamento della temperatura della macchina.
Per questo scopo vengono adottati due tipo di fluido refrigerante:
- Macchine a secco Il fluido utilizzato è l’aria.
- Macchine ad olio Le parti attive (nucleo e avvolgimenti) sono immersi in olio minerale. Vi è anche la presenza di un altro fluido all’esterno (aria o acqua).
Classificazione di un trasformatore in base al sistema di raffreddamento #
In base al sistema di raffreddamento utilizzato un trasformatore è identificato da una sigla di quattro lettere:
Tabella che identifica la sigla di quattro lettere del sistema di raffreddamento di un trasformatore
Ad esempio:
- ONAN raffreddamento per circolazione naturale dell’olio e dellaria
- OFAF raffreddamento per circolazione naturale dell’olio e aria forzata
- ODAF raffreddamento per circolazione forzata e guidata dell’olio e raffreddamento per circolazione forzata dell’aria