Il trasformatore è una macchina elettrica che serve ad aumentare o diminuire la tensione e la corrente che "passano" attraverso di esso. Questa macchina è fondamentale nella filiera elettrica ed è parte integrante dell'infrastruttura che la compone. Grazie all'uso di questo dispositivo è possibile trasportare energia elettrica in corrente alternata per lunghe distanze limitando le perdite di energia. Il trasformatore è anche largamente utilizzato nei circuiti elettronici e di controllo, con molteplici scopi.
Come funziona un trasformatore
Essenzialmente, un trasformatore è un dispositivo molto semplice e consiste di due o più avvolgimenti concatenati ad un circuito magnetico comune che li attraversa. Se uno di questi avvolgimenti, il primario, è connesso con una sorgente di tensione alternata, viene prodotto un flusso magnetico alternato, la cui ampiezza dipende dalla tensione primaria e dal numero di spire. Il flusso comune che circola nel nucleo magnetico si concatena con l'altro avvolgimento, il secondario, e induce in questo una tensione, il cui valore dipende dal numero di spire secondario. Proporzionando opportunamente il numero di spire primario e quello secondario si può ottenere praticamente qualsiasi rapporto di tensione, o rapporto di trasformazione, si desideri.
Cenni storici sul trasformatore
La storia dei trasformatori risale al XIX secolo. Ecco alcuni punti salienti:
- Michael Faraday: Nel 1831, il fisico britannico Michael Faraday scoprì il principio dell’induzione elettromagnetica, che è alla base del funzionamento dei trasformatori. Faraday dimostrò che una corrente elettrica poteva essere indotta in un circuito chiuso variando il campo magnetico attraverso di esso. Questa scoperta fu fondamentale per lo sviluppo dei trasformatori e dei motori elettrici.
- Primi Trasformatori: I primi trasformatori pratici furono sviluppati negli anni '80 del XIX secolo. Uno dei primi modelli fu il trasformatore a nucleo di ferro sviluppato da Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs. Questi trasformatori erano utilizzati per dimostrazioni pubbliche e per alimentare lampade ad arco elettrico.
- Nikola Tesla e George Westinghouse: L’inventore serbo-americano Nikola Tesla e l’imprenditore George Westinghouse contribuirono significativamente allo sviluppo dei trasformatori e dei sistemi di distribuzione dell’energia elettrica a corrente alternata (CA). Tesla brevettò il trasformatore a corrente alternata e sviluppò il sistema polifase, che permetteva di trasportare l’energia elettrica su lunghe distanze in modo efficiente. Westinghouse acquistò i brevetti di Tesla e li utilizzò per costruire il primo sistema di distribuzione elettrica a corrente alternata negli Stati Uniti.
- Trasformatori Moderni: Con il passare del tempo, i trasformatori sono diventati via via sempre più efficienti e affidabili. L’introduzione di nuovi materiali, come l’acciaio al silicio per i nuclei e i superconduttori per gli avvolgimenti, hanno permesso di ridurre le perdite di energia e di aumentare l’efficienza dei trasformatori. Inoltre, i trasformatori moderni sono spesso dotati di sistemi di monitoraggio e controllo avanzati che permettono di ottimizzare il loro funzionamento e di rilevare eventuali problemi in tempo reale.
Applicazioni dei trasformatori
I trasformatori trovano applicazione in molti campi diversi, giusto per citarne alcuni:
- Reti di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica: Come menzionato, i trasformatori sono essenziali per trasportare l’energia elettrica dalle centrali alle abitazioni, alle industrie e agli edifici commerciali. I trasformatori presenti nelle centrali di produzione elevano la tensione per il trasporto su lunghe distanze, mentre i trasformatori di distribuzione la riducono per l’uso industriale e domestico.
- Elettronica: Molti dispositivi elettronici, come caricabatterie per telefoni e alimentatori per computer, utilizzano piccoli trasformatori per convertire la tensione della rete elettrica a livelli più bassi gestibili dalle schede elettroniche. Oggi vengono utilizzate tecnologie più performanti, piccole e leggere rispetto agli alimentatori tradizionali; vengono chiamati alimentatori switching e si basano sull'utilizzo di convertitori statici di potenza a semiconduttore (transistor) controllati da circuiti elettronici;
- Industria: I trasformatori sono utilizzati in molte applicazioni industriali, come ad esempio la saldatura, dove è necessario un controllo preciso della tensione e della corrente.
- Locali ad uso medico: I trasformatori sono usati in ambienti medici per isolare galvanicamente i circuiti che alimentano i dispositivi a contatto con il paziente, come nelle sale operatorie, consentendo interventi sicuri, garantendo il funzionamento continuo delle apparecchiature anche in caso di guasto.