I.P.S.I.A. DI BOCCHIGLIERO Il trasformatore monofase ---- Materia: Tecnica professionale. prof. Ing. Zumpano Luigi

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Barbara Lelia Pieri
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1 I.P.S.I.A. DI BOCCHIGLIERO a.s. 2010/2011 -classe II- Materia: Tecnica professionale ---- Il trasformatore monofase ---- alunni Santoro Ida Flotta Saverio Pugliesi Bruno Filippelli Vincenzo prof. Ing. Zumpano Luigi

2 IL TRASFORMATORE Il trasformatore monofase è costituito da due avvolgimenti in rame avvolti su un nucleo ferromagnetico. Si dice primario l'avvolgimento collegato alla rete di alimentazione, e secondario l'avvolgimento collegato al carico. La funzione di primario e di secondario è intercambiabile. L'avvolgimento ad alta tensione ha più spire e sezione più sottile rispetto all'avvolgimento a bassa tensione. Il trasformatore può essere indifferentemente elevatore o abbassatore, a seconda dell'avvolgimento alimentato. Il nucleo di ferro aumenta la potenza della macchina, ma è causa di non linearità del circuito. I nuclei dei normali trasformatori di potenza sono costituiti da lamierini al ferro silicio: la laminazione e l'aggiunta del silicio riducono le perdite per correnti parassite. Il principio di funzionamento del trasformatore si basa sulla legge generale dell'induzione. Il trasformatore assorbe dalla rete la potenza apparente I 1 e fornisce al carico la potenza apparente I 2, garantendo la pratica uguaglianza. I 1 I 2 In prima approssimazione il rapporto di trasformazione è uguale al rapporto spire:. Ad un aumento della corrente secondaria corrisponde un aumento della corrente primaria e viceversa: il trasformatore adegua spontaneamente la corrente assorbita alle variazioni di corrente richieste dal carico. Nei trasformatori reali il rapporto fra tensione primaria e tensione secondaria è praticamente uguale al rapporto spire quando il trasformatore funziona a vuoto, mentre nel funzionamento sotto carico il rapporto di trasformazione è maggiore del rapporto spire. La tensione secondaria del trasformatore per carichi resistivo-induttivi diminuisce rispetto al valore della tensione secondaria a vuoto. I 2 I 1 Alunni: Santoro Ida Flotta Saverio Pugliesi Bruno Filippelli Vincenzo a.s classe II pag.2 di 5

3 Trasformatore monofase funzionante a vuoto Supponiamo di applicare all'avvolgimento primario del trasformatore una tensione sinusoidale. Nel nucleo ferromagnetico nasce un flusso sinusoidale che si concatena con il primario e con il secondario del trasformatore, che per ora è aperto. Per la legge dell'induzione nascono due f.e.m. Indotte, anch'esse sinusoidali, una al primario e una al secondario, il cui valore medio è dato rispettivamente da: = N 1 t = t Passando ai valori efficaci ed eseguendo il rapporto membro a membro, si trova che il rapporto fra le due f.e.m. indotte primaria e secondaria è uguale al rapporto spire = N 1 Dato che l'impedenza interna del trasformatore è piccola per costruzione e il secondario è aperto, anche il rapporto fra tensione primaria e tensione secondaria a vuoto risulta praticamente uguale al rapporto spire 0 Applicando il metodo simbolico, inoltre, si può dimostrare che valgono le relazioni: =4,44 fn 1 =4,44 f Poiché il secondario è a vuoto e il primario ha resistenza trascurabile ( praticamente nulla), non ci sono perdite per effetto Joule e la potenza a vuoto vale: P 10 = I 10 cos 10 =P f e rappresenta la potenza attiva assorbita dal trasformatore per sopperire alle perdite nel nucleo dovute all'isteresi e alle correnti parassite. Z 1 Ī 10 Ē2=V20 Ē 1 Alunni: Santoro Ida Flotta Saverio Pugliesi Bruno Filippelli Vincenzo a.s classe II pag.3 di 5

4 Funzionamento sotto carico Quando il trasformatore viene chiuso su un carico nel secondario circola una corrente I 2 e la corrente primaria passa a un valore I 1 molto più grande rispetto al valore I 10 che aveva durante il funzionamento a vuoto.dato che per costruzione l'impedenza del primario è moto piccolo, è ancora praticamente uguale a, ciò significa che il flusso è rimasto costante. La f.m.m. Della corrente che il primario assorbe in più, rispetto al funzionamento a vuoto, a dunque annullato la f.m.m. Della corrente I 2 e, poiché I 10 è molto piccola, in prima approssimazione si può dire che la f.m.m. Primaria è uguale e contraria alla f.m.m. Secondaria N 1 I 1 I 2 e il rapporto tra la corrente secondaria e la corrente primaria e costante e uguale al rapporto spire I 2 I 1 Trascurando le c.d.t. Interne, che sono molto piccole per costruzione, e per cui, in pratica, il rapporto tra tensione primaria e la tensione secondaria è costante e uguale al rapporto spire anche nel funzionamento sotto carico =K s ẕ 1 l 1 Z 1 L 1 v 1 Alunni: Santoro Ida Flotta Saverio Pugliesi Bruno Filippelli Vincenzo a.s classe II pag.4 di 5

5 Si definisce caduta di tensione industriale di un trasformatore la differenza aritmetica tra i valori della tensione secondaria a vuoto 0 e della tensione secondaria sotto carico, V =0. Spesso la c.d.t. Industriale viene espressa in % della tensione secondaria a vuoto, ed è contenuta entro pochi % ( inferiore al 4% ). I dati di targa di un trasformatore sono: potenza apparente ( in kva ), tensione nominale primaria e tensione nominale secondaria ( nominale secondaria n n ); corrente nominale primaria e corrente ( I 1n I 2n ); la frequenza; il rendimento V cc 100 ; cos cc 100. Nei trasformatori trifasi, anche i collegamenti degli avvolgimenti e il gruppo La potenza nominale o potenza di targa ( espressa in VA o in kva ), è la potenza apparente che il trasformatore può erogare con continuità senza raggiungere temperature pericolose per gli isolamenti. La temperatura stabilita dalle Norme per tutte le macchine elettriche, compresi i trasformatori, è di 75 C. Il rendimento convenzionale del trasformatore è dato dal rapporto fra la potenza resa e la somma della potenza resa più le perdite nel ferro e nel rame, valutate secondo le prescrizioni delle Norme CEI. I rendimenti dei trasformatori vanno da valori dell' % ( nei piccoli trasformatori ) fino a valori che superano il 99% ( nei trasformatori di potenza dell'ordine delle centinaia di MVA). Per il trasporto dell'energia mediante linee trifasi e in genere per l'alimentazione di carichi trifasi, si usano trasformatori trifase. I trasformatori trifase funzionano come i trasformatori monofase; per risolvere i problemi in genere si fa riferimento al circuito equivalente monofase a stella. Il gruppo di un trasformatore trifase è la cifra che si ottiene dividendo per 30 l'angolo di ritardo della terna delle tensioni stellate secondarie rispetto alla terna primaria corrispondente. Gli angoli di sfasamento possibili fra le due terne di tensioni stellate sono sempre multipli di 30.I gruppi di collegamento più usati sono: 0,11,6,5, corrispondenti a uno sfasamento di 0,330,180 e 150. I trasformatori di distribuzione sono preferibilmente con collegamento del secondario a stella con neutro Alunni: Santoro Ida Flotta Saverio Pugliesi Bruno Filippelli Vincenzo a.s classe II pag.5 di 5

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