Se vi affacciate dalla finestra della vostra camera, se vivete in campagna distanti dalla città, probabilmente l’energia elettrica arriverà alla vostra abitazione attraverso dei cavi penzolanti su dei pali (o tralicci), su alcuni dei quali c’è una grossa scatola metallica che a tratti ricorda delle navicelle di star trek anni 70.
Magari vi siete interrogati su cosa potrebbe esserci dentro, quì lo scopriremo subito. Se non vi è mai capitato di vederne una, magari quando andrete in campagna o in un posto simile provate ad osservare l’ambiente circostante…
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L’oggetto di cui stiamo parlando è un trasformatore ad alta tensione,
che viene montato su un palo (di legno o di cemento) alto qualche decina di metri. Il trasformatore assieme alla circuiteria è contenuto in una scatola di acciaio riempita di olio. L’olio serve principalmente per due cose essenziali: isolare i componenti nella scatola e dissipare/assorbire il calore generato.
Il Trasformatore
Un trasformatore, come ci suggerisce il nome prende una tensione di un certo valore in ingresso e
la trasforma in una tensione di valore differente in uscita, il modo in cui svolge questo compito è ai confini tra realtà e fantasia, ma la realtà e la fantasia non sono tanto distanti…
a volte idee fantastiche si dimostrano essere piu’ reali di quanto possiamo immaginare. Nella scatola ci sono diversi apparecchietti vari, sistemi di protezione di surriscaldamento, interruttori termici ecc. Il vero e proprio trasformatore che compie la conversione da alta a bassa tensione è costituito da un blocco metallico di acciaio al silicio in cui due avvolgimenti, primario e secondario sfruttando la legge di Faraday-Lenz dell’induzione elettromagnetica, trasportano l’energia attraverso un circuito magnetico, il quale in base al rapporto delle spire (fili in rame smaltato attorcigliati) tra i due avvolgimenti, sarà minore o maggiore (nel nostro caso minore)
Di solito il primario è connesso alla rete di alimentazione ad alta tensione (e per questo è fatto di fili grossi e robusti) mentre il secondario arriva alle nostre abitazioni con fili meno spessi. E’ evidente che il numero di spire del secondario deve essere minore rispetto al primario, in questo modo avremo un rapporto di trasformazione “a ridurre” la tensione prelevata.
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Rapporto di trasformazione
Se il numero delle spire sul primario è \(N_P\) e sul secondario \(N_S\) e le rispettive tensioni sul primario sono \(V_P\) e sul secondario \(V_S\), l’equazione del trasformatore assume la seguente forma.
$$ {V_S\over V_P} = {N_S \over N_P} $$
Ad esempio se sul sul primario abbiamo una tensione di (2500V) e volessimo convertirla ad esempio a (250V), il rapporto tra le spire dei due avvolgimenti deve essere:
$$ {250 \over 2500} = {1 \over 10} $$
(1) sola spira sul secondario per ogni (10) spire sul primario.
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Questo è quello che succede intuitivamente…
giochi di campi magnetici e diavolerie di flusso
Quando una corrente alternata flusice nell’avvolgimento primario, si genera un campo magnetico variabile che genera a sua volta una tensione indotta che va a contrastare la corrente che lo ha generato (Lenz), Inoltre siccome gli avvolgimenti sono ravvicinati e legati da un circuito magnetico di lamierini o ghioghi, le linee del campo magnetico si concatenano con l’avvolgimento secondario e trasportano parte dell’energia in esso (Faraday). Il campo nel secondario andra a generare delle correnti in rapporto minore (in base alle spire).
La corrente nel secondario andrà a generare un altro campo magnetico che contrasterà il primo in un virtuosismo in cui l’energia si trasforma in diverse vesti.
Il principio è straordinario e racchiude decenni di studi di elettromagnetismo.
Cosa succede se un fulmine colpisce il trasformatore? Probabilmente si introdurrebbe lungo le linee elettriche e brucerebbe gli avvolgimenti. Per ovviare a questo inconvenitente il trasformatore di solito è munito di un sistema di scarico di sovratensione. Una lastra metallica è posizionata in prossimità degli isolatori ad alta tensione.
In condizioni normali la distanza è calcolata in modo da non provocare un arco elettrico, pur essendo i campi in gioco molto intensi. Quando però il sistema è colpito da un fulmine, l’onda di sovratensione innesca un arco elettrico che preferisce la strada piu’ semplice lungo lo scaricatore fino a terra, invece di entrare nel trasformatore.
Che sia grande o piccolo, che si trovi su un traliccio o sul palmo della vostra mano, il trasformatore è e resterà sempre, un gioiello dell’intelletto umano.
