Trasformatori a rapporto variabile Trasformatori a rapporto variabile
Nella pratica il trasformatore a due avvolgimenti a rapporto di trasformazione fisso è piuttosto
raro. Di regola i trasformatori sono infatti dotati di un avvolgimento provvisto di prese, in modo
da poter effettuare piccole variazioni del numero di spire di un avvolgimento, e
conseguentemente del rapporto di trasformazione. L'utilità del rapporto variabile consiste nel
consentire adattamenti della tensione in uscita in caso di tensione di alimentazione superiore o
inferiore al valore nominale, o comunque variabile; inoltre é possibile un miglioramento nelle
condizioni di marcia in parallelo di macchine sensibilmente diverse.
La variazione di rapporto é fatta mediante un dispositivo detto commutatore, posto all'interno
della cassa, e manovrabile dall'esterno a mano o a motore.
Si distinguono due sistemi di commutazione: a trasformatore disinserito (detto anche,
impropriamente, a vuoto), e con trasformatore sotto carico.
La commutazione a trasformatore disinserito va effettuata con il trasformatore completamente
staccato dalla rete di alimentazione (e di carico, se in parallelo con altri), secondo uno schema
del tipo di quelli indicati in fig. 1.
(a)
(b)
(c)
Fig. 1 – Vari tipi di avvolgimento a prese per commutazione a trasformatore disinserito.
Lo schema (a) non è in pratica usato in quanto introduce una asimmetria elettromagnetica, che
invece è parzialmente eliminata con gli schemi (b) e (c) .
E' evidente che se la manovra avvenisse con la macchina a carico, all'atto del distacco del
contatto della presa percorsa da corrente per portarsi nella posizione successiva, il circuito
risulterebbe bruscamente interrotto e la totale tensione secondaria rimarrebbe applicata tra i
contatti del commutatore; il commutatore dovrebbe quindi essere dimensionato come un
interruttore ed inoltre ad ogni variazione di rapporto si accompagnerebbe una temporanea interruzione dell'erogazione dell'energia, condizioni entrambe inaccettabili.
Per variare il rapporto durante il funzionamento si ricorre invece al commutatore sotto carico.
Dato il notevole costo del dispositivo, la gamma di variazione del rapporto viene generalmente
aumentata, in modo da sfruttarne a fondo le possibilità.
I commutatori sotto carico funzionano secondo numerosi principi e schemi; in tutti comunque
esiste un selettore cui fanno capo tutte le prese dell'avvolgimento e in cui un sistema di contatti
mobili, destinati a manovrare senza corrente, si collega alle due prese consecutive tra cui si
svolgerà la commutazione, ed un interruttore che permette il passaggio da una presa alla
successiva senza interrompere il circuito di carico.
Uno dei sistemi più diffusi è quello a commutazione rapida (detto di Jansen) indicato
schematicamente in fig. 2. In questo esistono due selettori p e d collegati rispettivamente alle
prese "pari" e "dispari" che manovrano alternativamente. Per commutare dalla presa 1 alla 2 il
contatto strisciante dell'interruttore pone successivamente in corto circuito i punti a, b, c, d;
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Trasformatori a rapporto variabile durante il movimento quando b e c sono in corto circuito la corrente di circolazione é limitata
dalle resistenze di commutazione R che col contatto in posizione d restano poi escluse.
A questo punto la commutazione è effettuata e la corrente esce ormai dalla presa 2. E' ora la
volta di manovrare per il selettore d che sposta (a vuoto) il contatto dalla presa 1 alla 3,
preparando le condizioni per una successiva commutazione da 2 a 3, che sarà seguita dalla
manovra del selettore da 2 a 4 e così via. La sequenza delle manovre interruttore-selettore è
governata da un sistema meccanico di camme; l'interruttore manovra in pochi periodi, in modo
da non sollecitare termicamente le resistenze di commutazione.
Fig. 2 – Schema di trasformatore con commutatore sotto carico (sistema Jansen).
La potenza di dimensionamento dell'interruttore è pari alla tensione di gradino Vg per la corrente
nominale del trasformatore.
L'entità della variazione di tensione ed il N° dei gradini del commutatore è generalmente
espressa mediante una indicazione del tipo Vn n x% dove 2n + 1 è il totale N° di valori di
tensione disponibili, e x% é l'entità percentuale della tensione di gradino rispetto a Vn.
Ad esempio scrivendo: 10 kV ± 2 2,5% si intenderà che sono disponibili 5 valori di tensione:
10.5; 10.25; 10.0; 9.75; 9.5 kV.
Nella commutazione a trasformatore disinserito si impiegano normalmente i valori 2,5% (3
prese) e ± 2 2.5% (5 prese); nella commutazione sotto carico il N° dei gradini è molto
superiore, e l'entità percentuale del singolo gradino inferiore per ridurre la potenza di
dimensionamento dell'interruttore.
Valori correnti sono: ± 7 1% (15 posizioni); ± 10 0.75% (21 posizioni) ecc..
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