INFORMAZIONI TECNICHE SU TRASFORMATORI E AUTOTRASFORMATORI
Il trasformatore è una macchina elettrica statica (perché non contiene parti in movimento) appartenente alla categoria più ampia dei convertitori.
In particolare il trasformatore consente di convertire i parametri di tensione (simbolo V unità di misura volt) e corrente (simboli I unità di misura [A] Ampere) in ingresso rispetto a quelli in uscita, pur mantenendo costante la quantità di potenza elettrica (a meno delle perdite per effetto dell’isteresi e delle correnti parassite).
Il trasformatore è una macchina in grado di operare solo in corrente alternata, perché sfrutta i principi dell’elettromagnetismo legati ai flussi variabili.
Il trasformatore non è in grado di cambiare il valore della frequenza, pertanto la frequenza in entrata è sempre uguale a quella in uscita.
Il trasformatore ha importanza fondamentale nel mondo di oggi: senza di esso le grandi reti di trasporto dell’energia elettrica che collegano le centrali elettriche a milioni di industrie e di case non potrebbero funzionare.
Fino al 1965 è stata opinione scientificamente condivisa che il trasformatore in corrente continua fosse impossibile da realizzare. In quell’anno un gruppo di ricercatori della General Electric guidati dal premio Nobel (1973) Ivar Giaever riuscirono nell’impresa, come conseguenza di studi sulla superconduttività a bassissima temperatura.
L’applicabilità pratica e su larga scala di questa scoperta comunque non è ancora stata conseguita, gli studi intanto proseguono nel campo della superconduttività ad alta temperatura.
I richiami tecnici qui riportati, servono a favorire una scelta corretta per l’impiego dei trasformatori, autotrasformatori e reattanze induttive nei vari campi d’utilizzo.
Qui ci limitiamo a riportare le principali definizioni contenute nelle norme CEI 96-1 — CEI 96-2 — CEI 96-3 ( EN 61558-1)
Altre norme a cui fare riferimento sono: CEI 14-5 — CEI 14-8 — VDE 0551 — UL 506
- TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO – Se ne consiglia l’impiego quando si vogliono limitare i rischi di contatti fra la terra e le parti attive che possono andare in tensione nel caso di cattivo isolamento. Tensione max PRI e SEC = 1000 V a vuoto — frequenza max 500Hz. — potenza max = 25KVA se monfase e 40 KVA se polifase — isolamento doppio o rinforzato.
- TRASFORMATORE DI SICUREZZA – E’ un trasformatore d’isolamento la cui tensione secondaria a vuoto, non deve superare i 50 Veff. “detta tensione di sicurezza”. Le potenze non devono superare i 10 KVA se monofase e i 16 KVA se polifase.
- CLASSE DI PROTEZIONE – E’ la caratteristica costruttiva di un’apparecchiatura contro le correnti pericolose
CLASSE I
Tutte le parti metalliche accessibili del trasformatore, sono isolate dalle parti in tensione tramite l’isolamento fondamentale (possono esserci punti con isolamento doppio o rinforzato) inoltre come misura di sicurezza supplementare, le parti conduttrici accessibili, tramite un morsetto di massa, sono collegate ad un conduttore di protezione di terra facente parte dell’impianto elettrico fisso.
CLASSE II
Tutte le parti metalliche accessibili del trasformatore, sono separate dalle parti in tensione, tramite un isolamento doppio o rinforzato.
In questo caso l’apparecchio non deve essere collegato a terra.
- CLASSE DI ISOLAMENTO – Corrisponde alle classi d’isolamento dei materiali isolanti. A= 105°C — E= 120°C — B= 130°C — F= 155°C — H= 180°C.
La temperatura ambiente che circonda il trasformatore, se non diversamente specificato è da intendersi come valore 40°C max.
- SOVRATEMPERATURA – E’ la temperatura raggiunta dall’apparecchio durante il funzionamento, sottratta dalla temperatura ambiente considerata 40°C.
Pertanto le sovratemperature max per i vari gradi di classe d’isolamento sono le seguenti: A= 60°C — E= 75°C — B= 80°C — F= 100°C — H=125°C
- TENSIONE DI INGRESSO NOMINALE – E’ la tensione di alimentazione del trasformatore, che se non concordato diversamente, non deve superare del 6% il valore nominale di targa senza che ciò porti danno al funzionamento continuo dell’apparecchio. Particolare attenzione va posta se invece di una sola tensione di ingresso la richiesta è di tensioni supplementari o derivazioni.In questi casi si rende necessario un innalzamento del dimensionamento globale del trasformatore, che in relazione alla differenza tra la tensione max e la tensione min. può variare dal 5% al 30%.La tensione in uscita in derivazione ad altre tensioni, se non diversamento specificato, disporrà di un valore di corrente espresso dalla divisione della potenza per il valore più elevato di tensione.
- CORRENTE A VUOTO – E’ la corrente al primario del trasformatore senza carico al secondario a tensione e frequenza nominali. Dipende essenzialmente dalle proprietà del circuito magnetico e agli effetti pratici può oscillare, anche per trasformatori della stessa serie, del +- 10-15% rispetto al valore nominale prestabilito.
- CORRENTE DI INSERZIONE – Al momento della messa in tensione del trasformatore, a seconda del grado di magnetizzazione residua del nucleo e del punto in cui si trova il valore di tensione sulla sinusoide, si ha un picco di corrente istantanea (per diversi centesimi di secondo) che può variare dal valore zero ad un valore di anche 30 e più volte la corrente di targa. (la riduzione di tale fenomeno, si può ottenere aumentando la reattanza di dispersione del trasformatore e riducendo il valore di induzione magnetica nel nucleo del trasformatore). Si consiglia quindi di proteggere la linea con il montaggio di fusibili ritardati e interuttori magnetotermici che evitino un intervento delle sicurezze ENEL.
L’AUTOTRASFORMATORE E’ UN TRASFORMATORE CON UN UNICO AVVOLGIMENTO COMUNE SIA PER LE TENSIONI PRIMARIE DI ENTRATA SIA PER LE TENSIONI DI USCITA E SENZA ISOLAMENTO ELETTRICO FRA LE STESSE.
La potenza equivalente (è detta potenza di nucleo secondo le attuali normative) risulta dalla formula:
Peq = Pn . Vmax-Vmin
Vmax
Dove:
Peq = potenza di dimensionamento reale (potenza di nucleo).
Pn = potenza nominale di targa (potenza passante).
Vmax = tensione più alta.
Vmin = tensione più bassa.
L’ autotrasformatore come si può vedere, è particolarmente conveniente quando la tensione più alta non superi più di due o tre volte la tensione più bassa e ovviamente non ci siano esigenze di separazione elettrica tra la tensione in entrata e la tensione in uscita
- TRASFORMATORE TRIMONOFASE – E’ un trasformatore usato per attenuare lo squilibrio di carico provocato su una rete trifase da un grosso utilizzo monfase. Questo tipo di trasformatore porta il rapporto di consumo tra le fasi da 1 – 0 – 1 a 1 – 2 – 1 e nel contempo isola elettricamente la rete dal carico monofase.
- TRASFORMATORE TRIESAFASE – E’ un trasformatore trifase con uscite esafase e risulta particolarmente conveniente quando viene collegato a dei diodi raddrizzatori.