Le persone che non hanno familiarità con un elettricista potrebbero non sapere a cosa serve un trasformatore e che aspetto ha. Il ruolo di questo dispositivo per il progresso tecnologico può essere considerato uno dei più sottovalutati, sebbene grazie alla sua invenzione l'umanità abbia ottenuto un ampio accesso all'elettricità. Per oltre 100 anni di evoluzione, i trasformatori sono diventati componenti chiave non solo dei sistemi energetici, ma anche di un'ampia varietà di dispositivi elettronici.
Contenuto
- Principio di funzionamento e tipi
- Trasporto di elettricità
- Convertitori di tensione nei circuiti di potenza
Principio di funzionamento e tipi
Un trasformatore è un dispositivo elettrico progettato per trasferire l'elettricità CA da un circuito all'altro mantenendo la frequenza originale. La base del suo design è nucleo ferromagnetico con più avvolgimenti di filo. La tensione di ingresso è collegata al cosiddetto avvolgimento primario e la tensione di uscita viene rimossa dal secondario.
La corrente alternata nella bobina primaria induce un flusso magnetico alternato, che è localizzato nel nucleo e cambia direzione durante ogni ciclo elettrico. Induce anche una corrente alternata in ciascuno degli avvolgimenti secondari.
I diversi tipi di trasformatori sono classificati in base alla loro progettazione, tipo di alimentazione, raffreddamento e così via. Più dettagli:
-
Per obiettivi. Qui si distinguono due tipi principali: tensione di aumento e diminuzione. Esistono anche trasformatori di isolamento il cui compito è isolare galvanicamente i circuiti senza modificare i parametri. - Per tipo di cibo. Distinguere tra monofase e trifase. Tre separati monofase, collegati in un circuito elettrico comune, possono funzionare come trifase.
- A proposito di raffreddamento. Si dividono in naturali e forzati, aria e olio.
La maggior parte dei trasformatori nel mondo sono dispositivi monofase, raffreddati ad aria e riduttori di tensione. Ma i più massicci e potenti funzionano solo per aumentare la tensione.
Trasporto di elettricità
I generatori di centrali elettriche generano elettricità fino a decine di kilovolt. In teoria, può essere trasmesso ai consumatori invariato. Ma con un aumento della potenza della sorgente e della distanza di trasporto, crescono anche i problemi delle perdite per i fili di riscaldamento. A determinati valori, il trasferimento di energia stesso può perdere ogni significato. Ci sono solo due modi per ridurre le perdite:
- ridurre la resistenza dei fili;
- un aumento della tensione dell'elettricità trasmessa.
Il primo metodo viene implementato aumentando l'area della sezione trasversale dei fili. Ciò è estremamente costoso e tecnicamente difficile, poiché comporta non solo l'aumento di prezzo e peso delle linee stesse, ma anche il rafforzamento delle strutture che le contengono. Sulle lunghe distanze, questo è semplicemente non redditizio dal punto di vista economico, se non irrealistico.
Nel secondo caso, secondo la legge di Ohm, al diminuire della forza attuale, le perdite diminuiscono in proporzione al quadrato della forza attuale. Questo è molto interessante in termini di riduzione dei costi di capitale per la costruzione e la manutenzione del sistema di trasmissione di potenza. Aumentando la tensione e riducendo contemporaneamente la corrente a potenza costante: ecco perché in questo caso sono necessari trasformatori.
Poiché l'elettricità ad alta tensione non può essere distribuita direttamente ai consumatori, viene portata ai parametri desiderati. utilizzando trasformatori step-down. Pertanto, il trasporto di energia non è completo senza una trasformazione preliminare e successiva, quindi, senza trasformatori di potenza, la trasmissione di elettricità su lunghe distanze nel mondo moderno impossibile.
Convertitori di tensione nei circuiti di potenza
Le reti elettriche domestiche sono standardizzate in termini di tensione e frequenza della corrente alternata, ma i dispositivi ad essa collegati potrebbero richiedere parametri di potenza completamente diversi. Ad esempio, processori e componenti elettronici funzionano solo su circuiti CC a bassa tensione. Affinché la versatilità della sorgente non sia un ostacolo al funzionamento delle apparecchiature, i dispositivi collegati sono dotati di convertitori di tensione integrati o esterni basati su trasformatori.
Gli alimentatori lineari o convenzionali utilizzano trasformatori di potenza. Sono bravi a gestire carichi di lavoro pesanti, ma presenta alcuni svantaggi:
- Grandi dimensioni dovute alla frequenza della rete 50 Hz. Ciò influisce sul peso degli alimentatori, ad esempio con una tensione di uscita di 16 V sono necessari circa 0,5 kg di massa per ogni ampere di corrente di uscita.
- Perdite di potenza relativamente grandi per il calore e, di conseguenza, bassa efficienza.
- Consumo notevole al minimo.
A causa delle carenze elencate, sono stati soppiantati dai convertitori di impulsi nei caricabatterie e nella tecnologia informatica. In alimentatori simili l'elettricità entra nel trasformatore attraverso un filtro e un circuito elettronico sotto forma di corrente ad altissima frequenza. Di conseguenza, l'efficienza della trasmissione di potenza è notevolmente aumentata. Pertanto, gli alimentatori basati su questo principio sono molto più piccoli e leggeri di quelli tradizionali della stessa potenza.
Ma se confrontiamo i trasformatori di potenza con i convertitori di potenza a commutazione, i primi sono una fonte minore di interferenze elettromagnetiche, specialmente nella gamma delle alte frequenze. Questa proprietà è importante per il loro uso nella tecnologia audiofila, nelle apparecchiature di laboratorio e nelle apparecchiature radio.
La conversione dell'elettricità per trasferirla da un produttore a dispositivi di consumo è molto capiente, ma lontana dall'unica area di applicazione dei trasformatori. Un'enorme varietà di questi dispositivi può essere trovata nei luoghi più improbabili: da un pickup e un microfono a una saldatrice e potenti strumenti di misura. E come un convertitore di tensione di rete, i trasformatori circondano una persona ovunque.
