Trasformatore a nucleo e trasformatore a guscio: Qual è la scelta migliore?

Avete mai pensato a cosa fa un trasformatore per svolgere il suo lavoro? Questi utilissimi dispositivi sono presenti ovunque e contribuiscono a portare energia nelle nostre case e città. Ma non tutti i trasformatori sono fatti allo stesso modo. I due tipi principali sono il trasformatore a nucleo e il trasformatore a mantello. La differenza principale tra i trasformatori a nucleo e quelli a guscio è il modo in cui sono costruiti. Conoscere questa differenza è molto importante per scegliere il trasformatore giusto per qualsiasi compito. Questo articolo lo spiegherà in modo semplice. Vi mostreremo tutto quello che c'è da sapere sulla scelta tra trasformatori a nucleo e a guscio. Imparerete come vengono assemblati, a cosa servono e come scegliere il migliore per le vostre esigenze.

Che cos'è un trasformatore e perché ne esistono diversi tipi?

Il trasformatore è un'apparecchiatura che modifica il livello di tensione dell'elettricità. Può far salire o scendere la tensione. Si tratta di una funzione molto importante per i nostri sistemi elettrici. Le centrali elettriche producono elettricità a una tensione molto alta. Un trasformatore rende la tensione ancora più alta, in modo che possa viaggiare a lungo. Successivamente, altri trasformatori di distribuzione abbassano la tensione prima che arrivi a casa vostra. Questo rende l'elettricità sicura per l'utente.

Esistono molti tipi di trasformatori, ma i più noti sono il tipo a nucleo e il tipo a guscio. Perché esistono due tipi principali? Perché lavori diversi richiedono strumenti diversi. Un trasformatore utilizzato in una gigantesca centrale elettrica ha requisiti diversi rispetto a un trasformatore di una piccola officina. Il modo in cui il nucleo e l'avvolgimento sono progettati rende ogni tipo di trasformatore utile per lavori specifici. La scelta tra un tipo di nucleo e un tipo di involucro si basa su fattori quali la potenza nominale (kva), il livello di tensione, il prezzo e le dimensioni fisiche.

Come si compone un trasformatore a nucleo?

Un trasformatore a nucleo ha una struttura molto semplice. Immaginate un rettangolo nella vostra mente. Il nucleo è costituito da speciali fogli di acciaio. Ha due parti verticali chiamate arti. Ha anche due parti piatte in alto e in basso, chiamate gioghi. Questo nucleo crea un unico percorso per il circuito magnetico. L'idea principale da ricordare di un trasformatore a nucleo è che gli avvolgimenti circondano il nucleo. Questa è una parte speciale di questo tipo di trasformatore.

In un trasformatore a nucleo, l'avvolgimento è posto intorno ai due bracci. Nella maggior parte dei casi, l'avvolgimento di bassa tensione viene inserito per primo, proprio accanto al nucleo. Successivamente, l'avvolgimento ad alta tensione viene avvolto intorno a quello a bassa tensione. Questa operazione serve a mantenere l'elettricità separata in modo sicuro. È più facile separare l'avvolgimento ad alta tensione da quello a bassa tensione. È più facile che separarlo dal nucleo di ferro. Questo tipo di trasformatore è molto diffuso in molti trasformatori di potenza. I trasformatori a nucleo offrono un modo semplice e valido per controllare il flusso magnetico.

Che cos'è un trasformatore a guscio e cosa lo rende diverso?

Ora possiamo esaminare il trasformatore a guscio. Se un trasformatore di tipo core ha l'avvolgimento all'esterno, un trasformatore di tipo shell è l'esatto contrario. In questo tipo di design, il nucleo gira intorno all'avvolgimento. Il nucleo a guscio ha tre membra. È costituito da un braccio centrale e da due bracci esterni. È come se il nucleo fosse un guscio duro che protegge le parti importanti all'interno. Questa è una delle principali differenze tra i trasformatori a nucleo e a guscio.

In un trasformatore a guscio, sia l'avvolgimento principale che il secondo avvolgimento sono collocati sul braccio centrale. Gli avvolgimenti sono posti uno sopra l'altro su questo braccio centrale. Il nucleo magnetico offre al flusso magnetico due percorsi su cui viaggiare. Il flusso proveniente dalla bobina centrale si divide in due. Quindi fluisce attraverso i due bracci esterni. Questo design offre un ottimo supporto all'avvolgimento e contribuisce a mantenerlo sicuro. Grazie a questa struttura molto robusta, i trasformatori a guscio sono preferiti per molti lavori a bassa tensione.

Tipo di nucleo e tipo di involucro: Dove è posizionato l'avvolgimento?

La differenza principale tra un trasformatore a nucleo e uno a guscio è la posizione dell'avvolgimento. Tutto dipende da cosa c'è all'interno e da cosa c'è all'esterno.

• Trasformatore a nucleo: In questo trasformatore, gli avvolgimenti sono avvolti intorno al nucleo. Pensate di mettere un orologio al polso. Il polso è come il nucleo e l'orologio è come l'avvolgimento. L'avvolgimento a bassa tensione viene applicato per primo, proprio accanto al nucleo. Poi si mette sopra l'avvolgimento ad alta tensione. Quindi, gli avvolgimenti posizionati sugli arti girano intorno al nucleo.
• Trasformatore a guscio: In un trasformatore a guscio, il nucleo gira intorno all'avvolgimento. Pensate di mettere il cibo in una scatola per il pranzo. Il cibo è come l'avvolgimento e la scatola è come il nucleo. Sia l'avvolgimento a bassa tensione che quello ad alta tensione sono collocati sull'arto centrale del nucleo. Il nucleo di ferro crea quindi un involucro attorno a questa bobina.

Questa differenza fondamentale nel modo in cui sono costruiti cambia tutto il resto del trasformatore, dalle dimensioni al funzionamento. Gli avvolgimenti primari e secondari sono impostati in modo diverso per ogni tipo di trasformatore. Questo porta a risultati diversi nelle loro prestazioni. Il produttore di trasformatori sceglie il design in base alle esigenze dell'utente.

Quale trasformatore ha un circuito magnetico più efficace?

Il circuito magnetico è la strada che il flusso magnetico percorre quando si muove all'interno del trasformatore. La progettazione di questa strada è molto importante per il buon funzionamento del trasformatore. In un trasformatore a nucleo, il flusso magnetico può percorrere una sola strada. Il flusso si muove attraverso gli arti e i gioghi in un unico grande anello. Questa struttura può talvolta creare una piccola quantità di flusso disperso. Si tratta di energia che viene sprecata.

Un trasformatore a guscio ha un circuito magnetico più efficace. Poiché gli avvolgimenti sono collocati sul braccio centrale, il flusso magnetico scorre verso l'esterno e ha due strade per tornare indietro attraverso i bracci esterni. In questo modo il flusso ha un percorso magnetico più breve. Un percorso più breve significa che è necessaria meno energia per creare il campo magnetico. Ciò significa che il trasformatore a guscio ha spesso bisogno di una minore corrente di magnetizzazione e può avere un'efficienza più elevata. Il design del trasformatore in cui il flusso magnetico ha due percorsi è un grande vantaggio per il trasformatore a guscio.

Per l'alta tensione, è meglio un trasformatore a nucleo o a guscio?

Quando si lavora con l'alta tensione, un tipo di trasformatore è di solito il più adatto. Il trasformatore a nucleo è normalmente più adatto per i lavori ad alta tensione. Questo perché è più facile isolare gli avvolgimenti. Poiché l'avvolgimento a bassa tensione è posizionato accanto al nucleo e l'avvolgimento ad alta tensione è avvolto intorno ad esso, c'è molto spazio per aggiungere materiali per la sicurezza. Questo li rende una scelta sicura e affidabile per i lavori ad alta tensione, come nei grandi trasformatori di potenza e di distribuzione.

Dall'altro lato, il trasformatore a guscio è spesso utilizzato per applicazioni a bassa tensione. Gli avvolgimenti sono ravvicinati sul braccio centrale. Ciò rende più difficile aggiungere l'isolamento speciale necessario per livelli di tensione molto elevati. Tuttavia, questo design con avvolgimenti stretti è perfetto per le esigenze di bassa tensione e corrente elettrica più elevata. Quindi, se si lavora con grandi sistemi di potenza e alta tensione, un trasformatore a nucleo è probabilmente l'opzione migliore. Per esigenze di bassa tensione, un trasformatore a guscio è un'ottima scelta.

In che modo la forma del nucleo influisce sul raffreddamento e sulle riparazioni?

Il modo in cui è costruito un trasformatore cambia anche la facilità con cui è possibile mantenerlo fresco e ripararlo. Un trasformatore si scalda quando è in funzione. Deve raffreddarsi per evitare di danneggiarsi. In un trasformatore a nucleo, gli avvolgimenti si trovano all'esterno. Ciò significa che sono a contatto con l'aria o con uno speciale olio di raffreddamento. In questo modo è più facile che il calore esca. Il calore può lasciare l'avvolgimento e andare direttamente nell'aria. In questo modo è anche più semplice controllare e riparare l'avvolgimento in caso di problemi.

In un trasformatore a guscio, l'avvolgimento si trova all'interno del nucleo. Il nucleo funziona come una coperta, il che può rendere più difficile il raffreddamento dell'avvolgimento. Il raffreddamento naturale non funziona altrettanto bene. Tuttavia, il nucleo stesso può essere raffreddato senza problemi. In caso di riparazione, un trasformatore a guscio può essere più difficile da riparare. Per raggiungere l'avvolgimento, è necessario smontare il nucleo. Questo rende la riparazione più complicata e costosa. Si tratta di un aspetto importante da considerare nella scelta del trasformatore giusto.

Che dire della resistenza e del supporto della bobina?

Una buona resistenza meccanica è molto importante, soprattutto per un trasformatore di grandi dimensioni. Gli avvolgimenti risentono di forti forze elettromagnetiche quando il trasformatore è in funzione. Queste forze possono far spostare o danneggiare l'avvolgimento. Il trasformatore a guscio ha un grande vantaggio in questo campo. Il nucleo gira intorno all'avvolgimento e lo sostiene molto bene. Gli avvolgimenti collocati tra le due metà del nucleo vengono mantenuti saldamente in posizione. Questo conferisce ai trasformatori a guscio una grande resistenza meccanica, rendendoli adatti a lavori pesanti e ad applicazioni ad alta potenza.

Il trasformatore a nucleo offre un supporto meno naturale per l'avvolgimento. La bobina si trova all'esterno, quindi ha bisogno di parti aggiuntive per tenerla ferma e impedire che si muova quando è sotto pressione. Questo può essere fatto bene, ma il design a guscio è naturalmente più forte. Il giogo e gli arti del nucleo del guscio creano una scatola forte e sicura per la bobina. Questo supporto meccanico supplementare è una delle ragioni principali per cui i trasformatori a guscio vengono utilizzati in condizioni di lavoro difficili.

Un semplice grafico: La differenza tra trasformatore a nucleo e trasformatore a guscio

A volte, un grafico può spiegare le cose meglio di tante parole. Ecco un semplice grafico che illustra le principali differenze tra trasformatori a nucleo e a mantello.

Questa tabella fornisce un modo rapido per vedere la differenza tra il tipo di nucleo e il tipo di involucro. Può essere utilizzata per ricordare i dettagli importanti di ciascun trasformatore.

Come scegliere il tipo di trasformatore giusto?

Come prendere la decisione finale? La scelta del trasformatore giusto dipende dalle vostre esigenze. Non esiste un trasformatore che sia "il migliore" per ogni situazione. Sia i trasformatori a nucleo che quelli a guscio hanno un design meraviglioso. Sono utilizzati nei trasformatori di distribuzione e di potenza in tutto il mondo. La scelta giusta si basa sul lavoro che il trasformatore deve svolgere.

Pensate a queste domande:

• Qual è il livello di tensione? Per tensioni molto elevate, un trasformatore a nucleo è di solito la scelta più sicura e intelligente. Per tensioni basse e correnti elevate, un trasformatore a guscio funziona spesso meglio e può offrire una maggiore efficienza.
• Di quanta potenza (kVA) avete bisogno? I modelli a guscio sono spesso utilizzati per potenze kVA molto elevate in sistemi a bassa tensione.
• Quanto è importante la resistenza fisica? Se il trasformatore sarà collocato in un luogo soggetto a molte vibrazioni o a problemi di cortocircuito, il design robusto a guscio potrebbe essere un'idea migliore.
• Quali sono i vostri piani per il raffreddamento e la manutenzione? Se avete bisogno di un modo semplice per effettuare le riparazioni e volete un buon raffreddamento naturale, il trasformatore a nucleo è un'ottima scelta.

Trovando le risposte a queste domande, potrete collaborare con un esperto di trasformatori per ottenere il trasformatore perfetto per le vostre esigenze di distribuzione di energia. Entrambi i tipi di trasformatori hanno un ruolo molto importante nel mondo di oggi.

Cose da ricordare

Ecco una breve rassegna delle idee più importanti sui trasformatori a nucleo e a guscio:

• La differenza maggiore sta nel modo in cui sono costruiti: In un trasformatore a nucleo, l'avvolgimento è posto attorno al nucleo. Nei trasformatori a guscio, il nucleo è posto intorno all'avvolgimento.
• I trasformatori a nucleo sono di solito la scelta migliore per i lavori ad alta tensione e a bassa kVA, perché sono più semplici da isolare.
• I trasformatori a guscio sono eccellenti per lavori a bassa tensione e con kVA più elevati e hanno una maggiore resistenza meccanica.
• Il design a guscio presenta solitamente un circuito magnetico più efficace, che può portare a una maggiore efficienza e a minori perdite di energia.
• Il trasformatore a nucleo è normalmente più facile da raffreddare e riparare perché gli avvolgimenti si trovano all'esterno.
• La scelta tra i due si basa completamente sull'esatto compito che il trasformatore deve svolgere, tra cui la tensione, la potenza e le condizioni in cui dovrà lavorare.