Il **trasformatore** è una [[Macchine elettriche|macchina elettrica statica]] che opera in [[Grandezze sinusoidali|corrente alternata]] e ha il compito di modificare i valori di tensione e corrente tra l'ingresso e l'uscita. Il suo utilizzo è fondamentale per: - **Trasmissione di energia**: Permette di elevare la tensione e ridurre la corrente nella rete di distribuzione, minimizzando le perdite per [[Effetto Joule]] e la caduta di tensione lungo la linea - **Adattamento al carico**: Consente di abbassare la tensione e aumentare la corrente nel punto di utilizzo, rendendo l'energia compatibile con le apparecchiature elettriche. - **Efficienza di trasmissione**: Essendo una macchina statica, presenta un [[Rendimento delle macchine elettriche|rendimento]] molto elevato, con perdite minime concentrate nel nucleo (per correnti parassite) e negli avvolgimenti (per [[Effetto Joule]]). I trasformatori possono essere monofase o [[Trasformatore trifase|trifase]], con questi ultimi che offrono maggiore efficienza, a scapito di un maggior costo di produzione. ![[Pasted image 20260130140114.png]] #### Il Trasformatore ideale Il trasformatore è fondamentalmente un [[Doppi bipoli|doppio bipolo]] con le seguenti caratteristiche: 1. rapporto di tensioni in ingresso (V1) e uscita (V2) costante 2. conservazione della [[Potenza elettrica]] istantanea (P=VI) *Queste proprietà implicano che anche il rapporto tra le correnti di ingresso ($I_1$) e uscita ($I_2$) è costante e inverso rispetto al rapporto delle tensioni.* #### Trasformatore perfetto Il modello è quello dell'[[Doppi bipoli#Induttori mutuamente accoppiati|induttore mutuamente accoppiato]], dove abbiamo: - N1 = numero di spire dell'avvologimento primario - N2 = numero di spire dell'avvolgimento secondario Per la [[Legge di Faraday-Henry-Lenz]] $\left\{\begin{array}{l} \mathrm{v}_1=\frac{\mathrm{d} \varphi_{\Sigma 1}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{N}_1 \frac{\mathrm{~d} \varphi_1}{\mathrm{dt}} \\ \mathrm{v}_2=\frac{\mathrm{d} \varphi_{\Sigma 2}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{N}_2 \frac{\mathrm{~d} \varphi_2}{\mathrm{dt}} \end{array}\right.$ Utilizzando la legge [[Rappresentazione simbolica di bipoli|del bipolo induttivo in forma fasoriale]] $\begin{aligned} & \dot{V}_1=\mathrm{j} \omega N_1 \dot{\phi_1} \\ & \dot{V}_2=\mathrm{j} \omega N_2 \dot{\phi_2} \end{aligned}$ dove $\dot{\phi} = \frac{\mathrm{~d} \varphi}{\mathrm{dt}}$ Se si impone che l'accoppiamento magnetico (M) tra i due avvolgimenti sia perfetto, ossia senza flusso magnetico disperso ($\dot{\phi}_1=\dot{\phi}_1$), e facendo la divisione membro a membro, si ottiene: $\color {green}\frac{\dot{V}_1}{\dot{V}_2}=\frac{N_1}{N_2}=\tau$ ==Per cui nel trasformatore ideale il rapporto tra le tensioni dipende unicamente dal rapporto spire (N1/N2), che è un valore costante del trasformatore.== Se si impone inoltre la conservazione della [[Potenza elettrica#Potenza complessa|potenza complessa]] ($\dot{\mathrm{V}}_1 \widetilde{\mathrm{I}}_1=\dot{\mathrm{V}}_2 \widetilde{\mathrm{I}}_2$) allora anche il rapporto tra le correnti è costante e uguale all'inverso del rapporto delle tensioni $\frac{\dot{\mathrm{I}}_1}{\dot{\mathrm{I}}_2}=\frac{N_2}{N_1}=\frac{1}{\tau} $ #### Trasformatore reale Il trasformatore reale deve essere realizzato utilizzando materiali, componenti, forme e geometrie in modo da avvicinarsi il più possibile alle condizioni di trasformatore perfetto. ![[Transformer3d_col3.svg]]*[Transformer](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformer3d_col3.svg), by BillC at the English-language Wikipedia, [CC BY-SA 3.0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27407689) Il trasformatore è costituito da due elementi principali: - il **nucleo** in materiale ferromagnetico - La funzione del nucleo è di **concentrare il campo magnetico** in modo che la maggior parte del flusso magnetico venga sfruttata tra i due avvolgimenti. - Il nucleo è composto inoltre da molteplici lamierini compattati insieme per **minimizzare le correnti parassite**, che dissipano energia per effetto joule. - gli **avvolgimenti** (primario e secondario) avvolti attorno al nucleo - **Avvolgimento primario** con numero di spire N1 - **Avvolgimento secondario** con numero di spire N2 Come visto sopra il **rapporto spire N1/N2** influenza il rapporto tra le tensioni, identificando quindi se il trasformatore è utilizzato per aumentare o diminuire la tensione in uscita *(step up / step down)* ![[Pasted image 20260130134001.png]] Il trasformatore reale è generalmente realizzato **a mantello**, dove il nucleo ha 3 colonne e gli avvolgimenti, primario e secondario, sono disposti attorno alla colonna centrale. In questo modo si contiene ancora meglio il campo magnetico, in quanto anche le linee esterne sono reindirizzate all'interno dal nucleo. ==Il comportamento elettrico del trasformatore è analizzato tramite la sua [[Rete equivalente del trasformatore|rete equivalente]]== ##### Domande di teoria **Rispondere alle seguenti domande specifiche:** - [ ] A cosa serve il trasformatore? Come funziona e come è fatto? - [ ] Cosa sono le perdite nel nucleo del trasformatore e da cosa sono dovute? - [ ] Disegna lo schema del trasformatore monofase, dal modello ideale a quello reale *Consultare le risorse selezionate in fondo alla nota per soluzioni e approfondimenti.* --- > [!info]- Risorse > ![[!Elettrotecnica#Risorse#Bibliografia]] > ![[!Elettrotecnica#Risorse#Approfondimenti]] --- > [!example] Playlist > ![[!Elettrotecnica#Risorse#Trasformatori]] > ![[!Elettrotecnica#Risorse#Macchine Elettriche]]