Step-Up Vs. Step-Down Trasformatori Trifase

Staff WriterMar 21, 2018

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Un trasformatore (detto anche trasformatore step-up e step-down) è un dispositivo utilizzato per regolare i livelli di corrente e tensione in un circuito a corrente alternata (AC). Quando sono utilizzati come parte di un circuito di trasmissione di energia AC, i trasformatori sono impiegati per aumentare la tensione di trasmissione ad un valore più alto per ridurre la perdita di potenza, e poi di nuovo per ridurre la tensione a livelli di sicurezza per l’uso da parte dei clienti e delle attrezzature. Questa trasformazione della tensione si ottiene attraverso l’induzione elettromagnetica.

Un semplice trasformatore monofase ha due bobine, una primaria e una secondaria, avvolte su un nucleo magnetico comune. Quando la potenza elettrica viene applicata al primario, una tensione viene indotta nel secondario. Il rapporto tra le tensioni primarie e secondarie sarà uguale al rapporto tra il numero di spire nell’avvolgimento primario e nell’avvolgimento secondario, che è chiamato rapporto di spire. La tensione e la corrente condividono una relazione inversa, quindi la corrente nell’avvolgimento secondario sarà ridotta dello stesso rapporto per il quale la tensione è stata aumentata, conservando così la potenza complessiva negli avvolgimenti primari e secondari.

Nei sistemi di trasmissione di potenza, tuttavia, i trasformatori trifase sono più comunemente usati. Nei circuiti trifase bilanciati, la tensione AC in ogni fase ha una differenza di fase di 120 gradi rispetto alla fase successiva. I trasformatori trifase sono composti da tre avvolgimenti primari e tre secondari, avvolti a stella o a triangolo. Questo tipo di trasformatore funziona sullo stesso principio di base dei trasformatori monofase.

Di seguito, approfondiremo le differenze tra i trasformatori trifase step-up e trifase step-down.

Che cosa sono i trasformatori step-up?

Un trasformatore step-up è utilizzato per aumentare la tensione di trasmissione per ridurre le perdite di linea. Aumentando la tensione, la corrente di linea diminuisce proporzionalmente, e la perdita di potenza dalla resistenza dei cavi si riduce. La minore corrente permette anche il ridimensionamento dei conduttori a diametri più piccoli. Tipicamente, l’elettricità è generata a 11 kV e trasmessa a 22 kV, o 44 kV e livelli di tensione superiori. I trasformatori step-up sono impiegati in questa fase per aumentare la tensione di trasmissione a questi livelli. Un’altra applicazione dei trasformatori step-up è nei circuiti dei motori, dove vengono utilizzati come avviatori per i motori elettrici, poiché la tensione più alta è in grado di avviare la rotazione del motore e superare la resistenza di avviamento.

A causa del valore relativamente alto della corrente primaria, questi trasformatori hanno avvolgimenti primari costruiti in rame spesso e isolato. Oltre al numero di spire primarie e secondarie, la tensione secondaria di un circuito trifase dipende anche dal tipo di configurazione degli avvolgimenti utilizzata. Per esempio, un collegamento delta-stella, in cui gli avvolgimenti primari sono collegati a delta e gli avvolgimenti secondari sono collegati a stella, provoca un aumento della tensione di linea di un fattore di 1,732, o la radice quadrata di 3, volte il rapporto delle spire. Questo fattore deve essere considerato quando si calcola il rapporto di giri richiesto di un trasformatore trifase per ottenere il valore desiderato della tensione di step-up.

Che cosa sono i trasformatori step-down?

Alla fine di una linea di trasmissione, l’alta tensione di trasmissione deve essere ridotta a valori più bassi in quanto la distribuzione di energia e, in ultima analisi, il consumo di energia, avviene a tensioni molto più basse. Poiché la maggior parte degli apparecchi elettrici lavora a tensioni dell’ordine di 240 V, è essenziale che la tensione di trasmissione a kV sia ridotta drasticamente. In questi casi vengono impiegati trasformatori trifase step-down.

Utilizzando gli stessi principi di un trasformatore step-up, questi dispositivi trasformano la potenza ad alta tensione e bassa corrente nel primario in potenza ad alta corrente e bassa tensione nel secondario. Le tensioni secondarie tipiche sono dell’ordine di qualche centinaio di volt, e questi trasformatori sono dotati di avvolgimenti di rame spessi nelle bobine secondarie per ospitare le correnti secondarie più elevate derivanti dalla tensione ridotta. In una configurazione stella-triangolo, la tensione è automaticamente ridotta dello stesso fattore di 1,732, o la radice quadrata di 3, per il rapporto delle spire.

La versatilità dei trasformatori trifase

I trasformatori trifase sono usati universalmente in una vasta gamma di sistemi di alimentazione, sia nei circuiti di trasmissione che di distribuzione. Questi trasformatori possono anche essere impiegati in qualsiasi industria che utilizza attrezzature trifase specializzate. Poiché forniscono l’isolamento elettrico tra due parti di un circuito, possono migliorare notevolmente la sicurezza, consentendo soluzioni più leggere e compatte di quelle offerte da tre trasformatori monofase che forniscono la stessa quantità di potenza. Inoltre, un trasformatore trifase bilanciato fornisce potenza con caratteristiche elettriche migliori rispetto a quanto è possibile utilizzando tre trasformatori monofase indipendenti. Per queste ragioni, i trasformatori trifase servono come componenti integrali in tutti i tipi di installazioni elettriche moderne.