Trasformatore

Testo
Il trasformatore
Promemoria sulla potenza in corrente alternata
In corrente alternata, Pm = 1/2 Imax Vmax
Questo consente di definire
Ieff = Imax / √2 e Veff = Vmax / √2, così Pm = Ieff Veff
In corrente alternata, si fa spesso riferimento ai
valori efficaci di corrente e tensione, quindi
ometteremo i pedici per brevità
Nei sistemi di distribuzione dell’energia elettrica
si scontrano due esigenze:
•
per motivi di efficienza nella trasmissione
dell’energia, si desiderano alte correnti o alte
tensioni negli elettrodotti (poiché la potenza
trasmessa è P = VI)
•
per motivi di riduzione delle perdite di
2
potenza per effetto Joule (P = RI ), si
desiderano basse correnti negli elettrodotti
È quindi opportuno scegliere che negli elettrodotti la
tensione sia la massima possibile (alta tensione)
Centrale idroelettrica La Grande-2-A,
Québec (Canada)
Un esempio concreto
Per ognuna delle 6 turbine:
I = 500 A, V = 735 kV, R = 0,22 ohm/km, L = 100 km
Perog = IV = 735000 V x 500 A = 368 MW
Pdiss = I2R = (500 A)2 x 220 ohm = 55 MW = 15% Perog
Raddoppiando I e dimezzando V, Perog è costante ma
Pdiss quadruplica, diventando 60% Perog!
•
per motivi di
sicurezza, si
desiderano basse
differenze di
potenziale
nell’impianto di
generazione (centrale)
e presso l’utenza
(abitazione, azienda)
(problema: la rigidità
dielettrica dell’aria è di
30 kV/cm…)
Una parentesi:
gli uccelli non prendono
la scossa quando
poggiano sui cavi
dell’alta tensione perché
la ddp fra le zampe è
bassa rispetto alla
resistenza che offre il
volatile.
Se invece le due zampe
poggiassero su fili
diversi…
Effetti della corrente elettrica sul corpo umano
Corrente inferiore a 0,5 mA (soglia di percezione): non si ha alcun
danno o percezione dolorosa per tempi indefiniti
fino a 10 mA (limite di rilascio): non si hanno effetti pericolosi oltre alla
percezione dolorosa, ed è possibile rilasciare la muscolatura;
10-50 mA: non si è in grado di rilasciare i muscoli contratti dalla
corrente e la pericolosità della scarica è in funzione del tempo di
applicazione;
>50 mA: intensità pericolosa per qualunque durata temporale.
In corrente continua i suddetti valori vanno corretti rispettivamente a 2, 40 e 500 mA.
Ai fini pratici si preferisce definire soglie di tensione di rischio:
• 120 V in corrente continua
• 50 V in corrente alternata
Per ottenere una trasmissione
di energia ottimale:
è necessario un
dispositivo, detto
trasformatore, con cui si
aumenti (per il trasporto)
e poi si diminuisca (per il
consumo) la differenza
di potenziale in un
circuito, mantenendo
costante il prodotto IV
Funzionamento di un trasformatore
Funzionamento di un trasformatore
Espira = ΔΦ/Δt = Vp/Np = Vs/Ns
Vs = Vp (Ns/Np)
rapporto di
trasformazione
In assenza di perdite di energia nel trasformatore, si ha
Pp = Ps quindi IpVp = IsVs quindi Is = Ip (Vp/Vs)
La possibilità di trasformare facilmente la tensione
della corrente alternata con il trasformatore
(che non funziona in corrente continua!)
è stata uno dei fattori essenziali nella vittoria
della corrente alternata sulla corrente continua
nella cosiddetta “guerra delle correnti”,
combattuta negli USA alla fine del XIX sec.
Nikola Tesla
(1856 - 1943)
Thomas A. Edison
(1847 - 1931)