Appunti rielaborati di Macchine elettriche

3. TRASFORMATORE

3.1 Trasformatore monofase

Il trasformatore è una macchina elettrica statica reversibile impiegata per alzare o ridurre il valore della tensione.

Tale esigenza deriva dal fatto che gli apparecchi che utilizziamo ogni giorno hanno una tensione che è ben lungi dall'essere paragonabile alla tensione delle macchine utilizzate per produrre energia (centrali idroelettriche, centrali nucleari, centrali termonucleari...).

Un altro motivo per cui si preferisce abbassare la tensione riguarda la sicurezza, tensioni troppo elevate fonderebbero il materiale isolante che avvolge il cavo (ad esempio).

La riduzione della tensione a partire delle centrale di distribuzione avviene in maniera graduata, man mano che ci si avvicina ai centri abitati.

La resistenza dei cavi deve essere il più possibile tendente a zero, questo per far sì che le correnti che vi scorrono siano, a fronte di tensioni elevatissime, le più basse possibili.

Tutto ciò per ridurre le perdite per effetto Joule e per ridurre la sezione dei cavi di trasporto [ragioni economiche]

ASPETTI COSTRUTTIVI

Il trasformatore è una macchina statica, cioè senza organi in movimento, di costruzione semplice, e (qualità dei materiali permettendo) con rendimento elevato.

È formato da un nucleo ferromagnetico, formato da un pacco di lamierini, sul quale sono posti due avvolgimenti distinti:

3 - TRASFORMATORE

3.1 Trasformatore monofase

Il trasformatore è una macchina elettrica statica reversibile impiegataper alzare o ridurre il valore della tensione.

Tale esigenza deriva dal fatto che gli apparecchi che utilizziamo ognigiorno hanno una tensione che è ben lungi dall'essere paragonabilealla tensione delle macchine utilizzate per produrre energia(centrali idroelettriche, centrali nucleari, centrali termonucleari...).

Un altro motivo per cui si preferisce abbassare la tensione riguarda lasicurezza, tensioni troppo elevate farebbero fondere il materiale isolanteche avvolge il cavo (ad esempio).

La riduzione della tensione a partire delle centrali di distribuzioneavviene in maniera graduale, man mano che ci si avvicina aicentri abitati.

La resistenza dei cavi deve essere il più possibile tendente a zero,questo per far sì che le correnti che vi scorrono siano, a fronte ditensioni elevatissime, le più basse possibili.

Tutto ciò per ridurre le perdite per effetto Joule e per ridurre lasezione dei cavi di trasporto [RAGIONI ECONOMICHE]

ASPETTI COSTRUTTIVI

Il trasformatore è una macchina statica, cioè senza organi inmovimento, di costruzione semplice, e (qualità dei materialipermettendo) con rendimento elevato.

È formato da un nucleo ferromagnetico, formato da un pacco di lamierini,sul quale sono posti due avvolgimenti distinti.

1. AVVOLGIMENTO PRIMARIO, con N₁ spire, alimentato da una sorgente esterna di tensione. → TENSIONE DA TRASFORMARE V₁
2. AVVOLGIMENTO SECONDARIO, con N₂ spire, al quale è collegato il carico. → TENSIONE TRASFORMATA V₂

I pacchi di lamierini sui quali sono collocati gli avvolgimenti sono detti COLONNE (in verticale).

I pacchi di lamierini sui quali non vi è nulla sono detti GIOGHI.

Prima di addentrarci nello studio completo dei trasformatori è doveroso effettuare la ripetizione di alcune importanti leggi fisiche.

3.2 - RIEPILOGO

• Consideriamo un nucleo di materiale ferromagnetico su cui è avvolta una bobina di N spire percorse dalla corrente i. La corrente i genera un campo magnetico H.

> LEGGE DI AMPERE

∫_γ H^{delta e} = Ni

Il campo magnetico H interagisce con la materia

creando il campo magnetico di induzione B che dipende dal mezzo in cui circola il campo.

B = Hμ → PERMEABILITÀ MAGNETICA DEL MEZZO

• Si definisce FLUSSO DI INDUZIONE attraverso una SUPERFICIE S

Φ(B) = ∫_S B • dS → LEGGE DI GAUSS

Noi scriveremo Φ(B)

• LEGGE DI HOPKINSON

Nι = ∮ H • dℓ = ∮ B • dℓ = B∮ dℓ = B • S = Φ ∮ dℓ / μ_m = Φ ∮ dℓ / μ_S

Nι = Φ R RILUTTANZA MAGNETICA

In un circuito magnetico la f.m.m. è uguale al prodotto del flusso di induzione per la induttanza magnetica del circuito.

• Se la corrente non è costante, ma varia nel tempo varia nel tempo anche il flusso.

d’avvolgimento diviene sede di una f.e.m. di AUTOINDUZIONE dovuta alla variazione del flusso concatenato con le N spire.

e = - N dΦ / dt = - L di / dt

Flusso e corrente sono legati dal COEFFICIENTE DI AUTOINDUZIONE L che rappresenta