Introduzione ai trasformatori elettrici

I trasformatori elettrici sono dispositivi fondamentali per il funzionamento dei sistemi elettrici. Essi consentono di modificare i valori di tensione e corrente alternata, mantenendo costante la potenza.

I trasformatori svolgono diverse funzioni essenziali:

• Adeguare i livelli di tensione per il trasporto efficiente dell’energia elettrica sulle reti di trasmissione e distribuzione
• Fornire l’isolamento elettrico tra circuiti di tensioni differenti
• Trasformare la tensione alternata per l’utilizzo finale negli apparecchi elettrici

In sostanza, i trasformatori elettrici permettono di adattare in modo efficiente la produzione e il consumo di energia elettrica.

Come funziona un trasformatore elettrico?

Il funzionamento di un trasformatore si basa sul principio di induzione elettromagnetica. Esso è costituito da due o più avvolgimenti di filo conduttore attorno a un nucleo ferro magnetico.

Un avvolgimento, detto primario, è collegato alla sorgente di alimentazione. Il variare della corrente alternata in questo avvolgimento genera un campo magnetico variabile nel nucleo.

Questo campo induce una forza elettromotrice negli altri avvolgimenti, detti secondari. La tensione ai capi di ciascun avvolgimento secondario dipende dal rapporto del numero di spire con l’avvolgimento primario.

Di solito, il primario ha meno spire del secondario per ottenere una tensione in uscita superiore (trasformatore elevatore). Viceversa, per ottenere in uscita una tensione inferiore, il secondario ha meno spire del primario (trasformatore riduttore).

Evoluzione storica dei trasformatori elettrici

Sin dalle prime applicazioni della corrente alternata, alla fine del XIX secolo, i trasformatori hanno giocato un ruolo chiave. La loro evoluzione ha permesso di sviluppare e migliorare i sistemi elettrici.

I primi trasformatori

• Nel 1876 Pavel Yablochkov inventò un primitivo trasformatore per alimentare i lampioni ad arco.
• Nel 1878 Lucien Gaulard e John Gibbs realizzarono un trasformatore a nucleo di ferro con primario e secondario, più efficiente.

Trasformatori di Tesla e Westinghouse

• Nel 1884 Nikola Tesla progettò il primo trasformatore funzionante ad alta frequenza.
• Nel 1885 William Stanley costruì i primi trasformatori commerciali per la Westinghouse Electric Corporation.

Diffusione dei sistemi in corrente alternata

• Alla fine dell’800 la Guerra delle Correnti vide prevalere i sistemi AC di Westinghouse con trasformatori su quelli DC di Edison.
• Nei primi del ‘900 si diffuse l’elettrificazione con reti AC e sottostazioni di trasformazione.

Trasformatori elettrici per usi industriali

I trasformatori elettrici sono indispensabili per l’alimentazione di sistemi elettrici industriali che richiedono tensioni e correnti differenti.

I principali tipi di trasformatori industriali sono:

• Trasformatori di potenza – per l’adattamento della tensione di fornitura alle esigenze delle macchine elettriche industriali. Possono essere elevatoti o riduttori.
• Trasformatori di isolamento – forniscono isolamento e proteggono le apparecchiature da sovratensioni.
• Autotrasformatori – hanno un solo avvolgimento comune, con prese intermedie. Permettono di ottenere tensioni diverse con ingombro ridotto.
• Variac – trasformatori regolabili per avere una tensione continua variabile. Utili per l’accensione graduale di carichi.
• Trasformatori per saldatrici – progettati per fornire l’alta corrente richiesta dai processi di saldatura ad arco.

Trasformatori elettrici ed energia rinnovabile

I trasformatori rivestono un ruolo chiave anche per lo sfruttamento delle energie rinnovabili e la microgenerazione distribuita.

• Consentono l’integrazione sulle reti dell’energia prodotta da impianti eolici, fotovoltaici, idroelettrici ecc.
• Permettono il collegamento alla rete di piccoli impianti domestici.
• Forniscono isolamento e protezione per sistemi di generazione DC e batterie.

Grazie alle loro funzionalità essenziali, i trasformatori facilitano la transizione verso reti elettriche più sostenibili ed efficienti.

Conclusioni

In oltre un secolo di storia, i trasformatori si sono evoluti da dispositivi sperimentali a componenti irrinunciabili per la produzione, trasmissione e utilizzo dell’energia elettrica.

Le innovazioni tecnologiche hanno migliorato l’efficienza, la potenza, la qualità e l’affidabilità di queste macchine elettriche. I trasformatori continueranno ad avere un ruolo insostituibile per lo sfruttamento flessibile delle risorse energetiche tradizionali e rinnovabili.