Perdite di energia nel trasformatore | Perdite nel nucleo e perdite di rame

Perdite Energetiche nei Trasformatori

Un trasformatore è un componente passivo che trasferisce energia elettrica da un circuito elettrico ad un altro. Questi dispositivi giocano un ruolo cruciale nella generazione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica in tutto il mondo, permettendo il trasferimento efficiente di energia elettrica tra circuiti con livelli di tensione differenti e garantendo l’affidabilità e la stabilità dei moderni sistemi di alimentazione. In questo articolo, esploreremo i principi dietro ai trasformatori, i loro vari tipi e le loro applicazioni diffuse nella nostra vita quotidiana.

Tipologie di Perdite Energetiche nei Trasformatori

Le perdite energetiche nei trasformatori possono essere classificate in due categorie principali: perdite nel nucleo e perdite nei conduttori (o avvolgimenti). Queste perdite comportano una riduzione dell’efficienza e un aumento della temperatura operativa, che possono influenzare le prestazioni e la durata del trasformatore.

Perdite nel Nucleo

Le perdite nel nucleo, conosciute anche come perdite di ferro o perdite magnetiche, si verificano nel nucleo magnetico del trasformatore a causa dei campi magnetici alternati. Esse sono composte da due componenti principali:

• Perdita di Isteresi: La perdita di isteresi è causata dalla continua inversione del campo magnetico nel materiale del nucleo mentre la corrente alternata scorre nell’avvolgimento primario. L’energia dissipata sotto forma di calore durante i cicli di magnetizzazione e smagnetizzazione del materiale del nucleo comporta la perdita di isteresi. La perdita di isteresi è proporzionale alla frequenza della corrente alternata e può essere ridotta utilizzando materiali del nucleo con bassi coefficienti di isteresi, come l’acciaio al silicio.
• Perdita di Corrente Parassita: La perdita di corrente parassita è causata dalla circolazione di correnti indotte all’interno del materiale del nucleo stesso. Queste correnti generano calore e comportano una perdita di energia. Le perdite di corrente parassita sono proporzionali al quadrato della frequenza di alimentazione e al quadrato dello spessore del nucleo. Per minimizzare le perdite di corrente parassita, i nuclei dei trasformatori sono laminati con strati sottili e isolati di materiale del nucleo, riducendo lo spessore effettivo e di conseguenza le correnti parassite.

Perdite nei Conduttori (Perdite Ohmiche)

Le perdite nei conduttori, note anche come perdite ohmiche, si verificano a causa della resistenza degli avvolgimenti del trasformatore (primario e secondario). Quando la corrente scorre attraverso gli avvolgimenti, la resistenza genera calore, portando a una perdita di energia. Le perdite nei conduttori sono proporzionali al quadrato della corrente e possono essere espresse come:

• Perdita nell’Avvolgimento Primario: P_p = I_p² * R_p
• Perdita nell’Avvolgimento Secondario: P_s = I_s² * R_s

dove P_p e P_s rappresentano le perdite di potenza negli avvolgimenti primario e secondario rispettivamente; I_p e I_s sono le correnti negli avvolgimenti primario e secondario rispettivamente; e R_p e R_s sono le resistenze degli avvolgimenti primario e secondario rispettivamente. Le perdite nei conduttori possono essere minimizzate utilizzando conduttori di diametro maggiore, che hanno una resistenza inferiore, o materiali con una migliore conducibilità, come rame di alta purezza o alluminio.

Oltre alle perdite nel nucleo e nei conduttori, ci sono altre piccole perdite, come le perdite di carico vagabondo e le perdite dielettriche, che possono contribuire alle perdite energetiche totali nei trasformatori. Tuttavia, queste perdite sono generalmente minori e meno significative rispetto alle perdite nel nucleo e nei conduttori.

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