Nucleo del trasformatore

Quando si hanno due bobine di filo affiancate e si fa passare una corrente elettrica attraverso una di esse, nella seconda bobina viene indotto un campo elettromagnetico, che può essere rappresentato da diverse linee simmetriche con direzione che emana dal polo nord al polo sud, chiamate linee di flusso. Con le sole bobine, il percorso del flusso non sarà focalizzato e la densità del flusso sarà bassa.
L'aggiunta di un nucleo di ferro all'interno delle bobine concentra e amplifica il flusso per rendere più efficiente il trasferimento di energia dal primario al secondario. Questo perché la permeabilità del ferro è molto più elevata di quella dell'aria. Se pensiamo al flusso elettromagnetico come a un gruppo di automobili che vanno da un luogo all’altro, avvolgere una bobina attorno a un nucleo di ferro è come sostituire una tortuosa strada sterrata con un’autostrada interstatale. È molto più efficiente.

Tipo di materiale del nucleo
I primi nuclei dei trasformatori utilizzavano ferro solido, tuttavia, nel corso degli anni sono stati sviluppati metodi per raffinare il minerale di ferro grezzo in materiali più permeabili come l'acciaio al silicio, che viene utilizzato oggi per la progettazione dei nuclei dei trasformatori grazie alla sua maggiore permeabilità. Inoltre, l'uso di molti fogli laminati ad alta densità riduce i problemi di correnti circolanti e di surriscaldamento causati dal design con nucleo in ferro solido. Ulteriori miglioramenti nella progettazione delle anime vengono ottenuti attraverso la laminazione a freddo, la ricottura e l'utilizzo di acciaio a grani orientati.

1.Laminazione a freddo
L'acciaio al silicio è un metallo più morbido. La laminazione a freddo dell'acciaio al silicio ne aumenterà la resistenza, rendendolo più durevole durante l'assemblaggio del nucleo e delle bobine.

2.Ricottura
Il processo di ricottura prevede il riscaldamento dell'anima in acciaio fino a una temperatura elevata per rimuovere le impurità. Questo processo aumenterà la morbidezza e la duttilità del metallo.

3.Acciaio a grani orientati
L'acciaio al silicio ha già una permeabilità molto elevata, ma questa può essere ulteriormente aumentata orientando le venature dell'acciaio nella stessa direzione. L'acciaio a grani orientati può aumentare la densità del flusso del 30%.

Nuclei a tre, quattro e cinque arti

Nucleo a tre arti
I nuclei a tre rami (o gambe) vengono spesso utilizzati per i trasformatori a secco della classe di distribuzione, sia a bassa che a media tensione. Il design del nucleo impilato a tre rami viene utilizzato anche per trasformatori di classe di potenza più grandi riempiti di olio. È meno comune vedere un nucleo a tre rami utilizzato per i trasformatori di distribuzione riempiti d'olio.

A causa dell'assenza di uno o più arti esterni, il solo nucleo a tre gambe non è adatto per le configurazioni del trasformatore stella-stella. Come mostra l'immagine seguente, non esiste un percorso di ritorno per il flusso di sequenza zero che è presente nei progetti di trasformatori stella-stella. La corrente a sequenza zero, senza un percorso di ritorno adeguato, tenterà di creare un percorso alternativo, utilizzando traferri o il serbatoio del trasformatore stesso, che alla fine può portare al surriscaldamento e al possibile guasto del trasformatore.

(Scopri come i trasformatori gestiscono il calore attraverso la loro classe di raffreddamento)