Nuclei di trasformatori elettrici a bassa tensione

I trasformatori sono dispositivi elettrici che modificano la tensione di una corrente da un circuito all'altro. Sono utilizzati in varie applicazioni industriali, commerciali e residenziali.

Possono essere classificati in diversi tipi in base ai materiali principali e alle configurazioni di connessione. Il tipo più comune è un trasformatore con nucleo in ferrite. Può essere progettato con una varietà di forme, dimensioni e tipologie per soddisfare i requisiti dell'applicazione.

La permeabilità magnetica è un fattore chiave nella progettazione di un trasformatore e ha un impatto sulla perdita di energia o elettricità che può verificarsi nel nucleo. Un nucleo di ferro solido, ad esempio, ha una permeabilità molto elevata. Viene spesso abbinato ad altri elementi per ridurre le perdite nel nucleo e fornire buone prestazioni.

Anche la densità del campo elettromagnetico è un fattore importante nella progettazione di un trasformatore. Ciò dipende dal tipo di materiale del nucleo, che può essere acciaio amorfo o ferro pieno.

Nuclei amorfi hanno pochissime perdite, il che li rende ideali per alimentatori efficienti. Offrono anche ottime prestazioni e sicurezza alle alte temperature.

Le correnti magnetizzanti sono la principale fonte di perdite nel nucleo di un trasformatore e possono essere ulteriormente ridotte migliorandone la progettazione. I modi più comuni per farlo sono riducendo la quantità di correnti circolanti (correnti parassite) all'interno del nucleo di ferro stesso e migliorando l'accoppiamento magnetico tra i due avvolgimenti.

Perdite di correnti parassite

Il modo più importante per ridurre le correnti parassite è avvicinare molto strettamente i due avvolgimenti e aumentare il loro accoppiamento magnetico. Questo tipo di costruzione, conosciuta come costruzione a bobina concentrica, ha il vantaggio di consentire a quasi tutte le linee di forza magnetica di passare attraverso i due avvolgimenti contemporaneamente.

Presenta però anche lo svantaggio di provocare un notevole aumento delle perdite magnetiche. Questo perché il maggiore contatto tra i due avvolgimenti determina un percorso di riluttanza più elevato per il campo magnetico.

Queste perdite possono essere ulteriormente ridotte garantendo che il percorso di riluttanza del flusso magnetico non sia ostruito da alcun materiale esterno. Ciò può essere ottenuto costruendo un nucleo di tipo a guscio, in cui gli avvolgimenti primari e secondari sono avvolti sullo stesso ramo centrale o gamba del trasformatore che ha il doppio dell'area della sezione trasversale dei rami esterni dello stesso design.

Il flusso di dispersione è un'altra caratteristica importante di questo tipo di nucleo e può essere superata disponendo gli avvolgimenti su ciascuna gamba in modo che il flusso magnetico che circola attorno alle gambe di ciascuna gamba abbia un percorso chiuso per fluire attorno a entrambi i lati esterni alle bobine prima di ritornare alle bobine centrali. Ciò consente al flusso magnetico di essere molto più efficiente e può comportare una migliore efficienza complessiva rispetto ad altri tipi di costruzioni di trasformatori.

Oltre a ridurre il flusso di dispersione, un nucleo a guscio può anche contribuire a migliorare l'efficienza complessiva di un trasformatore consentendo alle triple armoniche di circolare nei rami dell'avvolgimento con un percorso efficiente a bassa riluttanza, come mostrato sopra. Ciò consente di assorbire la distorsione della tensione linea-neutro riscontrata in alcuni altri tipi di costruzioni di trasformatori.