Come si calcolano il rapporto spire e la tensione secondaria di un trasformatore?

Per un trasformatore ideale Vs / Vp = Ns / Np e le correnti si scalano al contrario, Is / Ip = Np / Ns. Con 500 spire primarie e 50 secondarie a 230 V il secondario dà circa 23 V. I trasformatori reali danno un po' meno sotto carico per resistenza degli avvolgimenti e flusso disperso, cosa che il simulatore mostra tramite coefficiente di accoppiamento e carico.

Perché un trasformatore funziona solo con la corrente alternata?

Un trasformatore richiede un flusso magnetico variabile per indurre tensione nel secondario (legge di Faraday). La corrente continua crea un flusso costante, quindi a regime non compare tensione al secondario, e la corrente primaria è limitata solo dalla piccola resistenza dell'avvolgimento, che può surriscaldarlo e saturare il nucleo.

Che cosa succede se un trasformatore funziona a una frequenza inferiore a quella di progetto?

A parità di tensione il flusso nel nucleo è inversamente proporzionale alla frequenza (V ≈ 4,44 × f × N × Φ). Usare un progetto a 50 Hz a frequenza inferiore con la stessa tensione porta il nucleo in saturazione, e corrente magnetizzante e riscaldamento crescono bruscamente. Il simulatore avvisa della saturazione del nucleo quando abbassi la frequenza.

Simulatore Trasformatore Monofase

Che cos'è un trasformatore monofase?

Principio di funzionamento

Un trasformatore trasferisce energia elettrica fra due circuiti tramite un campo magnetico comune, senza collegamento elettrico fra loro. La corrente alternata nell'avvolgimento primario stabilisce un flusso alternato nel nucleo di ferro laminato; quel flusso concatena il secondario e vi induce una tensione secondo la legge di Faraday. Poiché il meccanismo richiede un flusso variabile, il trasformatore funziona solo in alternata: collegato in continua, il primario è semplicemente un cortocircuito a bassa resistenza.

Rapporto spire e impedenza

La tensione si trasforma in proporzione al rapporto spire e la corrente in proporzione inversa, così un trasformatore ideale non crea né distrugge potenza. Un abbassatore 10:1 fornisce un decimo della tensione e può erogare dieci volte la corrente. L'impedenza si trasforma con il quadrato del rapporto spire, ed è per questo che i trasformatori si usano anche per l'adattamento d'impedenza in audio e radiofrequenza, e non solo per cambiare tensione.

Perdite e rendimento

I trasformatori reali perdono energia in due punti. Le perdite nel rame sono quelle resistive degli avvolgimenti e crescono con il quadrato della corrente di carico. Le perdite nel ferro — isteresi e correnti parassite nel nucleo — dipendono da flusso e frequenza e sono praticamente costanti finché il trasformatore è alimentato: per questo si impiega lamierino a grani orientati. Il rendimento è massimo dove le due si eguagliano e raggiunge tipicamente il 95-99 % in una macchina ben progettata.

Dove si usa

I trasformatori rendono possibile la rete in alternata: generazione in media tensione, trasporto a centinaia di kilovolt per contenere corrente e perdite di linea, poi riduzione progressiva per la distribuzione e l'uso domestico. Trasformatori monofase più piccoli compaiono negli alimentatori, nelle applicazioni di isolamento e sicurezza, nelle saldatrici, nei campanelli e nell'audio. I trasformatori d'isolamento con rapporto 1:1 non cambiano affatto la tensione: il loro scopo è unicamente sicurezza e separazione dei disturbi.

Domande frequenti

Come si calcolano il rapporto spire e la tensione secondaria di un trasformatore?: Per un trasformatore ideale Vs / Vp = Ns / Np e le correnti si scalano al contrario, Is / Ip = Np / Ns. Con 500 spire primarie e 50 secondarie a 230 V il secondario dà circa 23 V. I trasformatori reali danno un po' meno sotto carico per resistenza degli avvolgimenti e flusso disperso, cosa che il simulatore mostra tramite coefficiente di accoppiamento e carico.
Perché un trasformatore funziona solo con la corrente alternata?: Un trasformatore richiede un flusso magnetico variabile per indurre tensione nel secondario (legge di Faraday). La corrente continua crea un flusso costante, quindi a regime non compare tensione al secondario, e la corrente primaria è limitata solo dalla piccola resistenza dell'avvolgimento, che può surriscaldarlo e saturare il nucleo.
Che cosa succede se un trasformatore funziona a una frequenza inferiore a quella di progetto?: A parità di tensione il flusso nel nucleo è inversamente proporzionale alla frequenza (V ≈ 4,44 × f × N × Φ). Usare un progetto a 50 Hz a frequenza inferiore con la stessa tensione porta il nucleo in saturazione, e corrente magnetizzante e riscaldamento crescono bruscamente. Il simulatore avvisa della saturazione del nucleo quando abbassi la frequenza.

Trasformatore monofase

Forme d'onda della tensione e del flusso magnetico