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I TRASFORMATORI: STRUTTURA GENERALE È una macchina con campo magnetico di induzione variabile nel tempo ma non nello spazio, privo di parti meccaniche.

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1 I TRASFORMATORI: STRUTTURA GENERALE È una macchina con campo magnetico di induzione variabile nel tempo ma non nello spazio, privo di parti meccaniche in movimento. I trasformatori sono macchine impiegate per controllare il flusso di energia elettrica modificando i valori di tensioni e correnti di ingresso e di uscita dalla macchina. Generazione: tensione dai 6 ai 20 kV con correnti dellordine di migliaia di A; Distribuzione primaria: i livelli di tensione vengono alzati fino a 380 kV; Distribuzione domestica: 380/220 V con correnti fino a 16 A per ogni utenza domestica. Apparati elettronici: fino a 12/24 V con correnti sotto lA. Per ottenere queste variazioni è necessario luso del trasformatore.

2 Sistema induttore: il campo magnetico è generato da una corrente i (t) che circola in un avvolgimento dotato di N 1 spire avvolte su una colonna del circuito magnetico (avvolgimento primario). Il circuito primario è collegato con la alimentazione del sistema. Circuito magnetico: il campo magnetico si svolge nel circuito magnetico costituito da lamierini di materiale ferromagnetico opportunamente sagomato e legato assieme per ottenere uno o più percorsi chiusi. Sistema indotto: è composto da un avvolgimento dotato di N 2 spire avvolte attorno ad una colonna del circuito magnetico e collegato con il carico esterno. Lavvolgimento indotto o secondario viene investito da un flusso variabile che induce una f.e.m. indotta che alimenta il carico. Osservazione: va da se che se il flusso è costante (campo magnetico statico), non cè f.e.m. indotta ed il trasformatore non funziona. Disposizione dei conduttori: i conduttori possono essere in piattina, tondi o a foglio, possono essere raccolti in bobine o disposti a spirale lungo una colonna del circuito magnetico.

3 Sono tutti isolati tra di loro e contro massa. Una prima classificazione dei trasformatori avviene in base al modo con cui sono disposti gli avvolgimenti rispetto al circuito magnetico. Trasformatore monofase a due colonne: Trasformatore monofase corazzato: diminuzione dei flussi dispersi.

4 Trasformatore trifase: Particolarità costruttive: Il circuito magnetico.

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6 Avvolgimenti a bobine concentriche, di tipo simmetrico. Avvolgimenti a bobine alternate

7 Avvolgimenti cast-resin.

8 AVVOLGIMENTI A. T. PER TRASFORMATORI INGLOBATI IN RESINA TERMOINDURENTE RESINA NASTRO IN METALLO (Cu, Al) FILM ISOLANTE

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10 I vari tipi di trasformatori si differenziano anche per il tipo di raffreddamento utilizzato. Ha il compito di asportare il calore prodotto allinterno della macchina e tenere limitato il livello di temperatura interna della macchina: Raffreddamento in aria A secco con ventilazione naturale. A secco con ventilazione forzata. Sia nella ventilazione naturale che quella forzata gioca un ruolo fondamentale il rivestimento di protezione. Nel primo caso il rivestimento è di solito chiuso ed il calore viene interamente smaltito attraverso la superficie del rivestimento che deve essere accuratamente scelta Nel caso di ventilazione forzata devono essere previste delle feritoie per lingresso e luscita dellaria. Sia nella ventilazione naturale che quella forzata gioca un ruolo fondamentale il rivestimento di protezione. Nel primo caso il rivestimento è di solito chiuso ed il calore viene interamente smaltito attraverso la superficie del rivestimento che deve essere accuratamente scelta Nel caso di ventilazione forzata devono essere previste delle feritoie per lingresso e luscita dellaria.

11 RAFFREDDAMENTO IN OLIO In olio con circolazione e raffreddamento naturale dellolio. In olio con circolazione naturale dellolio e raffreddamento con aria

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14 Il trasformatore si completa con i passanti che hanno il compito di isolare le connessioni della macchina dal contenitore. Possono essere previste delle inserzioni di sonde per misure di grandezze di esercizio. Possono essere previsti dei sistemi di protezione della macchina (relè Bucholz).

15 Principi di Funzionamento Si consideri lo schema semplificato del trasformatore monofase. Questo schema è sufficiente per comprendere il funzionamento di tutti i tipi di trasformatori. Lavvolgimento primario è composto di N 1 spire ed è collegato ad una alimentazione esterna, v 1 (t), variabile nel tempo con una determinata legge. Lavvolgimento primario assorbirà dalla alimentazione una corrente i 1 (t) che genera il campo magnetico principale e sostiene il carico al secondario. Il secondario è collegato ad un carico rappresentato da una impedenza Z c (t) che assorbe una corrente i 2 (t). La tensione, v 2 (t), ai morsetti secondari è dovuta principalmente al fenomeno di induzione che si ha nella interazione tra campo magnetico variabile ed avvolgimento secondario.

16 Un trasformatore a vuoto non eroga corrente al secondario (i 2 (t)=0 => terminali aperti e nessun carico collegato). Il primario assorbe solo la corrente necessaria a generare il campo magnetico ed a sopperire le perdite. Generazione del Campo e suoi effetti: I materiali ferromagnetici, non essendo ideali, sono sedi di perdite. In particolare, la riluttanza del circuito magnetico,, è diversa da 0 perché. E necessaria una corrente di magnetizzazione assorbita dalla alimentazione, i (t), per generare il flusso g (t) in modo che: Trasformatori a Vuoto ( i 2 (t)=0) g (t) i (t) Non lin. lin. Ora, N 1 ed sono costanti (ipotesi di linearità per la riluttanza) g (t) ed i (t) hanno lo stesso andamento temporale perché sono direttamente proporzionali. Se la i (t) aumenta, si entra nella zona di saturazione del flusso.

17 Ipotesi di Campo Per studiare la macchina senza ricorrere a complessi procedimenti matematici volti ad identificare leffettivo andamento del campo magnetico nello spazio attorno alla macchina, si ripartiscono le linee di flusso generale, g (t), in 2 componenti: 1) Flusso Principale o Flusso Comune, : si ipotizza che il flusso che si concatena con entrambi gli avvolgimenti si svolga interamente nel circuito magnetico supposto a sezione costante. 2) Flusso di Dispersione Primaria, d1 : considera le linee di flusso che si chiudono in aria (non seguendo il circuito magnetico) concatenandosi così con il solo circuito primario. Ciò è dovuto alla non-linearità di, tramite la non linearità di.

18 I flussi sopra definiti consentono di esprimere i flussi di induzione magnetica concatenati con il primario e con il secondario, 1 e 2, rispettivamente. Da cui si ricava f.e.m. indotta mediante la legge di Lenz Ora si ipotizza che il flusso disperso sia proporzionale alla corrente che circola nel circuito elettrico tramite un coefficiente L d di dispersione (costante al variare del carico) d (t)=L d i (t) allora

19 Se si considera la f.e.m. indotta dal solo flusso principale, E si fa il rapporto tra le f.e.m. indotte dal flusso principale al primario ed al secondario si arriva ad una relazione molto importante: È pari al rapporto spire tra primario e secondario Rapporto di Trasformazione Questa relazione spiega il meccanismo con cui vengono variati i livelli delle f.e.m. indotte nel trasformatore e, conseguentemente i livelli di tensione ai morsetti della macchina. Perdite di tipo attivo: i lamierini magnetici sono investiti da un flusso variabile nel tempo. Ciò induce delle f.e.m. e quindi delle correnti parassite che generano perdite. La potenza persa a causa di questi fenomeni, P d, viene assorbita dalla rete. Se la tensione di alimentazione è v 1 (t) e la corrente assorbita i a (t) è in fase con essa => P d = v 1 (t)i a (t)

20 Il Circuito Equivalente a Vuoto (i 2 (t)=0): La corrente assorbita dal trasformatore a vuoto è pari alla somma della corrente di magnetizzazione con quella di perdita: La corrente di magnetizzazione genera il flusso. Data la loro proporzionalità, corrente di magnetizzazione e flusso sono in fase. Si applica il II° p di Kirchoff alla maglia elettrica del primario, tenendo conto della resistenza dei conduttori, R 1, E si ottiene la relazione che lega le cadute con la tensione di alimentazione (caduta resistiva, induttiva e f.e.m. indotta dal flusso ). v 1 (t) R1R1 L d1 i 0 (t) e 1 (t) RaRa L i a (t) i (t) e 2 (t) v 2 (t) = e 20 (t)

21 A vuoto, il flusso assume un valore tale da generare una f.e.m. indotta, e 1 (t), che equilibri la tensione applicata ai morsetti e la caduta sulle impedenze caratteristiche di macchina, per una condizione di equilibrio: La corrente i 0 (t) è molto bassa (qualche % si I n ). Da misure di potenza e di corrente posso valutare le perdite a vuoto: Applicazione: il trasformatore di tensione (TV) Il voltmetro è uno strumento la cui impedenza di ingresso è infinita. Se connesso al secondario di un trasformatore, questultimo funziona a vuoto perché i 2 =0. Conoscendo il rapporto di trasformazione, m, dalla lettura del voltmetro V=e 20, posso risalire alla f.e.m. del primario, e 1 =m. e 20 e da e 1 =>v 1. In conclusione, V 1 =mV. Viene utilizzato per misurare tensioni o per connettere strumentazione elettronica allimpianto. Lerrore è dato dalla approssimazione: v 1 e 1. v

22 Funzionamento a Carico La presenza di un carico Z c, collegato ai morsetti del secondario dove è presente la f.e.m. a vuoto e 20 (t), fa si che circoli una corrente i 2 (t) che genera una caduta sulla impedenza caratteristica del secondario. La tensione ai morsetti del secondario (o della impedenza di carico) vale: La corrente i 2 (t) circolando allinterno dellavvolgimento secondario, genera a sua volta un campo magnetico il cui flusso 2 (t) si oppone al flusso principale (t) riducendo la sua intensità.

23 Nel circuito magnetico, il flusso risultante è calato alla quota (t)= (t)- 2 (t) Se diminuisce il flusso principale, diminuisce di conseguenza anche la f.e.m. indotta dalla concatenazione di questi con il primario La relazione elettrica del circuito di ingresso risulta sbilanciata Ne segue che la alimentazione vede un carico sbilanciato ed eroga una corrente i 1 I (t) verso il circuito primario del trasformatore. Questa corrente rinforza il flusso principale fino a che viene ripristinato lequilibrio della relazione Nel circuito primario la corrente assorbita è data da due componenti: una componente di magnetizzazione e di sostegno alle perdite (i 0 (t)) ed una di sostegno al calo del flusso dovuto alla reazione di carico (i 1 I (t)).

24 Variazione delle Ipotesi di Campo Per studiare la macchina senza ricorrere a complessi procedimenti matematici volti ad identificare leffettivo andamento del campo magnetico nello spazio attorno alla macchina, si ripartiscono le linee di flusso generale, g (t), in 3 componenti: 1) Flusso Principale o Flusso Comune, : si ipotizza che il flusso che si concatena con entrambi gli avvolgimenti si svolga interamente nel circuito magnetico supposto a sezione costante. 2) Flusso di Dispersione Primaria, d1 : considera le linee di flusso che si chiudono in aria concatenandosi con il solo circuito primario. 3) Flusso di Dispersione Secondaria, d2 : considera le linee di flusso che si chiudono in aria concatenandosi con il solo circuito secondario (a vuoto d2 =0).

25 La equazione elettromagnetica diventa: Il flusso generale si concatena con lavvolgimento primario e con quello secondario dando origine alle f.e.m. indotte pari a Nel circuito secondario, lequilibrio è dettato dal carico. Al variare del carico, ad esempio, allaumentare della corrente assorbita dal carico stesso, si acuisce la differenza e 2 (t)-v 2 (t) ed il trasformatore tende a sedersi. Il passaggio da vuoto a carico determina una diminuzione della tensione utile sul carico stesso (caduta di tensione da vuoto a carico).

26 Le Equazioni Interne ed Esterne Tenendo conto del legame tra flussi concatenati e f.e.m. indotte Equazione di accoppiamento tra circuiti elettrici e circuito magnetico. Le equazioni elettriche riferite al primario ed al secondario sono: Le equazioni esterne tengono conto dei legami della macchina con la rete di alimentazione e con il carico:

27 Le Equazioni Interne ed Esterne per lo Stato Stazionario In termini fasoriali si ha: Siail vincolo esterno di alimentazione. La funzione di tempo è di tipo sinusoidale e può essere sintetizzata con un fasore di ampiezza V M e fase. La corrente di magnetizzazione, di carattere induttivo, è sfasata di circa 90° in ritardo ed è in fase con il flusso principale. Si assume che la I e siano allineati con lasse reale. In particolare, Le f.e.m. indotte in condizioni di quasi stazionarietà si calcolano immediatamente:

28 I valori efficaci delle f.e.m. sono: Il legame tra fasori e derivate di fasori è: Le f.e.m. indotte sono in ritardo di 90° sul flusso.

29 Il vincolo di carico è dato dalla: Il circuito equivalente rimane inalterato nella sua struttura Si conclude che le equazioni elettriche in regime quasi stazionario assumono la forma:

30 Il diagramma fasoriale si ricava facilmente dalle equazioni elettriche. Se stendiamo la I sullasse reale, in fase con il flusso principale, le due f.e.m. indotte, E 1 ed E 2, risultano sfate in ritardo di 90°. La corrente di carico, I 2, è sfasata in modo tale da chiudere il triangolo delle cadute sul carico. La stessa corrente di carico determina la caduta sulla impedenza caratteristica del secondario in modo che si chiuda il triangolo su V 2 ed E 2. Il campo magnetico generato dalla I 2 indebolisce il campo principale ed una corrente I 1 =I 2 /m, opposta alla I 2, viene richiamata dalla alimentazione. La composizione della I 1 con la I 0 determina la corrente al primario. La composizione della tensione di fase con la opposta della f.e.m. al primario viene chiusa dalle cadute sulla impedenza al primario.

31 Condizioni di Corto Circuito v c (t)=0 Se il carico è chiuso in corto circuito, non viene erogata potenza. Tutta la potenza immessa in macchina viene dissipata nella macchina stessa. Ciò consente di valutare alcune caratteristiche di macchina. Se si considerano le equazioni interne Se la v 1 (t) è quella nominale, le i cc (t) sono molto intense e le perdite Joule, enormi, tali da distruggere la macchina. Se invece si alimenta la macchina con tensione ridotta, v cc (t), in modo da far circolare le correnti nominali, è possibile valutare le perdite Joule misurando la potenza assorbita, depurandola delle perdite a vuoto, note dalla prova a vuoto.

32 Se la tensione è ridotta, anche il flusso risulta ridotto di una stessa proporzione perché basta meno flusso per instaurare il regime magnetico che induce sul secondario la corrente nominale. E possibile, quindi, trascurare le perdite nel ferro e quelle parassite ed attribuire le letture delle potenze alle sole perdite Joule senza incorrere in grossi errori. Applicazione: Il Trasformatore di Corrente: Gli amperometri sono strumenti con impedenza interna nulla (quasi). Se collegati al secondario di un trasformatore, lo mettono in corto circuito. Se il primario è collegato in serie su una linea, questi viene attraversato dalla corrente di linea ed ai suoi morsetti le tensione è prossima a zero. Dato che siamo in corto, (t) è basso, le A perdite anche e la i 0. Quindi: Si possono misurare correnti molto intense.

33 La Scomposizione del Campo Magnetico Nel funzionamento sotto carico, il flusso principale, (t), è composto dalla sovrapposizione del flusso generato dalle correnti primarie e secondarie che si concatena con entrambi gli avvolgimenti. Nella ipotesi di linearità, è possibile scomporlo in due contributi: m1 (t) e m2 (t) che sono i flussi generati dalla corrente primaria e secondaria, rispettivamente, Sovrapponendo gli effetti, i flussi concatenati con lavvolgimento primario e secondario sono: m1 (t) d1 (t) m2 (t) d2 (t)

34 Modello dei Circuiti Mutuamente Accoppiati Le espressioni delle fem indotte, a carico, diventano: Tenendo conto della relazione tra correnti e flussi:

35 Risolvendo: E ponendo Si ricava

36 Avendo posto I coeff. L 1 ed L 2 sono definiti come induttanze di autoinduzione e tengono conto dei flussi generati da un circuito elettrico che si concatenano con lo stesso circuito. I coeff. M 12 ed M 21 sono definiti come induttanze di mutua induzione e tengono conto dei flussi generati da un circuito elettrico che si concatenano con un altro circuito elettrico mutuamente accoppiato. Linduttanza mutua è una quantità positiva se correnti positive nei due avvolgimenti producono flussi propri e mutui concordi, altrimenti è negativa. Nellipotesi di simmetria M 12 =M 21 La relazione tra correnti e flussi concatenati può essere così riassunta, in forma sistemica ed in forma matriciale:

37 Le fem indotte si calcolano di conseguenza. Se si considera il II° Kirchoff, si ottiene.

38 Circuiti Equivalenti Semplificati In una rappresentazione semplificata di tipo Input/Output, il circuito equivalente può anche non contenere parametri legati al campo magnetico perché questi regolano il comportamento interno di macchina. La rappresentazione semplificata del modello trasformatorico può essere utile, ad esempio, per studiare landamento della tensione al secondario, al variare delle caratteristiche del carico (da vuoto al pieno carico). Il modello semplificato deve comportarsi come il modello principale di riferimento. Affinchè ci sia equivalenza è necessario che le correnti erogate ed assorbite dai due modelli siano le stesse, una volta che essi siano collegati allo stesso ingresso (v 1 (t)) ed allo stesso carico Z c. E chiaro che si deve tener conto della influenza di tutti i parametri di macchina, compresi quelli al primario, in modo che una variazione della corrente di carico determini la stessa variazione della corrente assorbita al primario dei due modelli.

39 I coeff di auto induzione primaria e secondaria possono essere riscritti come: Ed il flusso principale ( trascurando per il momento le perdite) Tenendo conto che

40 Se si considerano le fem indotte: Dalla prima eq. si vede che la presenza del circuito magnetico è sintetizzata dal coeff. L m1 percorsa dalla corrente i 1 (t)+(N 1 /N 2 )i 2 (t). La corrente i 2 (t)=(N 1 /N 2 )i 2 (t) è la corrente secondaria riferita al primario. Allo stesso modo v 2 (t)=(N 2 /N 1 )v 2 (t) è la tensione ai morsetti del secondario riferiti al primario. R1R1 L d1 L m1 V 2 (t) R 2 L d2 V 1 (t) i 1 (t)i 2 (t) Si ottiene un modello semplificato riferito al primario ( si considerano anche le resistenze e le induttanze di dispersione ).

41 Considerando la seconda equazione si ricava un modello semplificato riferito al secondario. La presenza del circuito magnetico è sintetizzata dal coeff. L m2 percorsa dalla corrente i 2 (t)+(N 2 /N 1 )i 1 (t). La corrente i 1 (t)=(N 2 /N 1 )i 1 (t) è la corrente primaria riferita al secondario. Allo stesso modo v 1 (t)=(N 1 /N 2 )v 1 (t) è la tensione primaria riferita al secondario. R 1 L d1 L m2 V 2 (t) R2R2 L d2 V 1 (t) I 1 (t)i 2 (t) Queste relazioni dimostrano che è possibile ridurre la complessità del modello mediante la semplificazione del modello di interazione magnetica riferendo il comportamento della macchina al circuito primario o quello secondario.

42 Si consideri il circuito di riferimento ottenuto dalle equazioni di macchina Si introduce una impedenza equivalente, Z 12, al secondario e tolgo la impedenza Z 1 =R 1 +jX 1 al primario. Per evidenziare linfluenza del circuito primario sul secondario, si tiene conto della differenza che si ha sul secondario tra le f.e.m. a vuoto (e 20 (t)) e la f.e.m. che si ha per un prefissato regime di correnti (e 2 (t)). e lo si confronti con il circuito equivalente di figura

43 Dal secondo circuito si osserva che perchè Si può quindi affermare che la impedenza caratteristica del primario può essere riferita al secondario, senza che risultino variati i valori di tensione e di corrente ai morsetti esterni di macchina, dividendo il suo valore per il quadrato del rapporto di trasformazione. Le due impedenze caratteristiche di macchina, riferite al secondario, possono essere sostituite da ununica impedenza equivalente: Allo stesso modo si può riferire la impedenza caratteristica di vuoto

44 Se si riporta al secondario anche la tensione primaria allora il circuito equivalente ridotto al secondario potrà essere così rappresentato Circuito equivalente riferito al primario con gli stessi ragionamenti si possono riportare tutte le grandezze di macchina dal secondario al primario. Senza ripetere tutti i ragionamenti, per brevità, si può logicamente supporre che, essendo gli effetti di una impedenza Z 1 /m 2 riferita al secondario del tutta identica ad una impedenza Z 1 al primario, per riportarla al primario è sufficiente che ri-moltiplichi la impedenza equivalente al secondario per m 2 : v 1 (t) e 10 (t)e 20 (t) v 2 (t)ZcZc Z e Z 0

45 Il circuito equivalente diventa: Per le ipotesi fatte, al secondario si ha: e 2 (t)=v 2 (t). Ne segue che e 1 (t)= me 2 (t)=mv 2 (t). Se si applica il II° principio di K. al primario si ha: Si riporta anche il carico al primario, usando la Infine, se si ipotizza di trascurare la caduta sulla impedenza caratteristica dovuta alla corrente a vuoto, è possibile riportare la impedenza a vuoto prima della impedenza caratteristica del primario

46 Il circuito equivalente semplificato riportato al primario diventa così: Il quadripolo ottenuto viene normalmente utilizzato per simulare il trasformatore come carico elettrico in una rete comunque complessa mentre il circuito equivalente ridotto al secondario viene utilizzato per simulare il comportamento da generatore del trasformatore verso il carico. Z c v 1 (t)mv 2 (t) Z e Z0Z0 i 1 (t) i 0 (t) I 1 (t)

47 Bilancio delle Potenze e Rendimento Siano P fe le perdite nel ferro a vuoto (perdite nel ferro vere e proprie più perdite per correnti parassite: Siano P 0 le perdite nel rame a vuoto: Le perdite nel rame primario e secondario, a carico, sono: P j sono massime a pieno carico, sono trascurabili a vuoto perché P j0


48 Trasformatori Trifasi Gli avvolgimenti primario e secondario vengono avvolti sulla stessa colonna e due gioghi connettono magneticamente assieme tre colonne per formare un apparato elettrico trifase. Schematicamente, si ha: Una prima differenziazione tra trasf.trifasi si ha in base al tipo di collegamento: a) stella/stella;b) stella/triangolo; c) triangolo/stella;d) triangolo/triangolo a)b)c)d) Se il centro stella è accessibile, è possibile connettersi sia tra due fasi che tra fase e neutro ottenendo con ciò due livelli di tensione (as es. 380/220).

49 Se si connette una terna di terminali ad un sistema trifase (ad esempio stella/stella) è possibile studiare il trasf.trifase come tre monofasi sfasati tra loro di 120° elettrici. Il circuito equivalente diventa: Landamento dei flussi è tale da dover dare, istante per istante, somma nulla; ci deve essere almeno una colonna che funge da ritorno per chiudere il circuito magnetico. Data la non simmetria del circuito magnetico, la colonna centrale ha una minore riluttanza rispetto alle colonne laterali. Le correnti di magnetizzazione non sono equilibrate.

50 Si ipotizza di trascurare questa dissimmetria e di assumere che i flussi siano perfettamente sinusoidali. Su queste basi, le f.e.m. indotte presentano dei fasori che sono a 90°in ritardo con i flussi. Una volta identificate le f.e.m. indotte, è facile pervenire al circuito equivalente, tenendo conto delle impedenze caratteristiche del primario e del secondario e della terna delle impedenze di vuoto. Lo studio del trasformatore trifase si riduce allo studio di tre trasformatori monofase le cui grandezze elettriche si trovano sfasate tra loro di 120°. Le considerazioni svolte per il monofase possono essere ripetute per il trifase. Si devono considerare, però le varianti dovute a diversi tipi di collegamento. Connessioni Tipiche: La terna degli avvolgimenti primari e secondari possono essere collegate in diversi modi, partendo dalle configurazioni base stella o triangolo. In base ai collegamenti scelti, cambia il rapporto di trasformazione tra primario e secondario.

51 I collegamenti tra le fasi sono scelti in base a considerazioni di carattere funzionale, costruttivo ed economico. Collegamento a Stella le correnti di linea sono quelle di fase; le tensioni si dividono in tensioni di fase e concatenate. Sulle fasi insistono le tensioni di fase (isolamento ridotto); il centro stella è accessibile in entrambi gli avvolgimenti –può essere marcato a terra per evitare che i centri stella teorico e reale differiscano tra loro; –può essere reso disponibile con un collegamento. Carichi monofasi possono essere collegati tra una fase ed il neutro del secondario (doppio livello di tensione di alimentazione dei carichi). Collegamento a Triangolo le correnti di linea si dividono in macchina in rapporto di 1.73; le tensioni sugli avvolgimenti sono quelle concatenate (isolamenti rinforzati); il centro stella non è accessibile.

52 AutoTrasformatori Sono trasformatori dotati di un unico avvolgimento. Luscita verso il carico viene prelevata direttamente dallavvolgimento a cui è collegata anche la alimentazione. Se N 1 sono le spire dellavvolgimento e il collegamento al carico viene effettuato su N 2 spire, significa che ci sono N 2 spire in comune ed N 1 - N 2 spire non in comune tra primario e secondario. Sia I 1 la corrente assorbita quando lavvolgimento viene alimentato con la tensione V 1 e sia I 2 la corrente erogata sul carico ai capi del quale cè la tensione V 2. Si nota subito che I 1 ed I 2 hanno versi opposti. Trascurando le perdite e la corrente di magnetizzazione, si può scrivere che

53 i 1 (t) è in fase con i 2 (t) ed il modulo della differenza è anche la differenza dei moduli. Ciò corrisponde ad un diagramma fasoriale del tipo di figura, dove si sono indicate anche le f.e.m. indotte dalle correnti I 1 ed I 2. Se si considerano le perdite nel ferro ed un circuito magnetico reale con riluttanza da 0, allora viene assorbita anche una corrente I 0 che è facilmente rilevabile a vuoto. La corrente assorbita al primario sarà:

54 Dal punto di vista costruttivo, lauto trasformatore può essere ben descritto dal circuito equivalente di figura: La potenza di dimensionamento, P d, è pari alla effettiva potenza trasformabile: La effettiva potenza passante è quindi: Lauto trasformatore è equivalente ad un trasformatore monofase. La differenza tra potenza passante e potenza di dimensionamento fornisce la potenza che si trasferisce direttamente dal primario al secondario, dato il collegamento metallico.

55 Il rapporto tra potenza di dimensionamento e potenza passante determina il costo e lingombro dei due tipi di macchine e viene utilizzato per verificare la correttezza della scelta tra i due. Il vantaggio delluso dellautotrasformatore è tanto maggiore quanto minore è la differenza v 1 -v 2. Per m>5 il vantaggio è praticamente perso. r Il circuito equivalente ridotto di un auto trasformatore reale è simile a quello dei trasformatori monofase. I parametri del circuito, le perdite ed il rendimento si calcolano e si misurano allo stesso modo.

56 Caso degli auto-trasformatori trifasi con collegamento a triangolo ed a stella. Il collegamento a triangolo non viene utilizzato perché essendo la terna in uscita sfasata con la terna di ingresso, potrebbero nascere problemi di squilibrio.

57 Vantaggi/Svantaggi delluso degli autotrasformatori. Vantaggi: Costi ed ingombri minori; Minori perdite e, quindi, maggiore rendimento; Minori variazioni di tensione fra vuoto e carico. Svantaggi: Minore tensione di cortocircuito percentuale (maggiore corrente di corto => corto circuito più pericoloso; Bassi rapporti di trasformazione; Isolamento elettrico fra ingresso ed uscita non garantito.

58 Dati di Targa dei Trasformatori In base alle Norme CEI 253 relative ai trasformatori di potenza, ogni trasformatore deve portare una targa contenente i dati essenziali: 1 Gruppo - Dati generali: 1) Contrassegno CEI se la macchina è costruita secondo le prescrizioni delle norme indicate; 2) Nome del Costruttore; 3) N°di matricola assegnato dal costruttore alla macchina; 4) Anno di fabbricazione; 5) Tipo di macchina (trasf., auto-trasf., unità regolatrice, etc.); 6) Numero delle fasi; 7) uso per interno o per esterno; 8) tipo di raffreddamento; 9) classe del sistema isolante; 10) Tipo di servizio solo se diverso da quello continuo.

59 2 Gruppo - Dati nominali: 1) Frequenza nominale (Hz); 2) Potenza nominale (VA o multipli); 3) Tensione nominale di ogni avvolgimento (V o multipli); 4) Corrente nominale di ogni avvolgimento (A o multipli) in corrispondenza di ogni tensione; 3 Gruppo - Dati particolari: 1) Tensioni a vuoto e correnti (o potenze) relative ad ogni avvolgimento; 2) Tensioni e potenza di corto circuito relative ad ogni coppia di avvolgimenti (valori misurati al collaudo, riportati alla temperatura convenzionale e riferiti alle prese principali).


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