Il trasformatore, raffigurato in (Figura 07.07-01), è un dispositivo statico ad alta efficienza che consente di convertire tensioni alternate da valori elevati a valori ridotti e viceversa, senza modificare la frequenza del segnale. La struttura tipica comprende un nucleo ferromagnetico a elevata permeabilità (solitamente ferro dolce laminato) sul quale sono avvolti due circuiti elettrici: l’avvolgimento primario, collegato alla sorgente di tensione che si intende trasformare, e l’avvolgimento secondario, dal quale si preleva la tensione trasformata.

Il principio di funzionamento si fonda sull’induzione elettromagnetica. La corrente alternata che percorre il primario genera un flusso magnetico variabile nel nucleo; tale flusso si concatena in larga misura anche con il secondario, inducendovi una forza elettromotrice secondo la legge di Faraday–Neumann–Lenz. Indicando con \(N_1\) e \(N_2\) il numero totale di spire dei due avvolgimenti, si dimostra che, in condizioni prossime all’ideale (perdite trascurabili e flusso quasi completamente concatenato), vale la relazione proporzionale tra tensioni e spire:

\[\frac{V_{o1}}{V_{o2}} = \frac{N_1}{N_2}.\]

dove \(V_{a1}\) e \(V_{a2}\) rappresentano, rispettivamente, le ampiezze massime delle tensioni ai capi del primario e del secondario. Un’analoga proporzionalità vale per i valori efficaci. In prima approssimazione, per un trasformatore ideale, si ha inoltre \( \frac{I_1}{I_2} = \frac{N_2}{N_1} \) e \(P_1 \approx P_2\), con \(P\) potenza apparente; ciò riflette la conservazione della potenza trasferita tra i due circuiti.

Il nucleo ferromagnetico convoglia le linee di flusso magnetico all’interno degli avvolgimenti (Figura 07.07-01), riducendo la riluttanza del circuito magnetico e massimizzando l’accoppiamento. Nella pratica, il nucleo è laminato per limitare le correnti parassite e progettato con materiali a bassa isteresi, così da contenere le perdite e mantenere rendimenti elevati:

• Se \(N_2 > N_1\), il dispositivo opera come elevatore di tensione (step-up), con corrispondente riduzione di corrente al secondario;
• Se \(N_2 < N_1\), si ottiene un abbassamento di tensione (step-down), con aumento della corrente disponibile al secondario;
• Il funzionamento richiede corrente alternata o flusso magnetico variabile nel tempo, poiché una corrente continua stazionaria non produce f.e.m. indotta al secondario.

Esempio numerico: con \(N_1 = 800\) e \(N_2 = 200\), una tensione efficace al primario di 120 V si trasforma al secondario in circa 30 V; in condizioni ideali, la corrente secondaria risulterà quadrupla di quella primaria.

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Schema di un trasformatore

Schema di un trasformatore. Con 1 è indicato il circuito solenoidale primario e con 2 quello secondario.

Immagine tratta liberamente da Internet. Se viola i tuoi diritti, contattaci.

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Schema di un trasformatore. Con 1 è indicato il circuito solenoidale primario e con 2 quello secondario.

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