Dimensionamento del nucleo di un trasformatore

[FilippoKK]

Buongiorno a tutti,
studiando un libro di macchine elettriche mi stavo ponendo una domanda.

In un trasformatore, dove diamo per scontato che:
- il nucleo lavora alla corretta induzione
- il nucleo smaltisce correttamente il calore determinato dalle perdite per quella lamiera a quella induzione

e dove è stato calcolato un valore di sezione di nucleo minima per una certa potenza di lavoro (ad esempio 100kVA).

Ora, se con lo stesso indentico nucleo e con la stessa identica induzione (sostituendo gli avvolgimenti e rendendoli compatibili per quanto riguarda la sovratemperatura) faccio lavorare il trasformatore a 200kVA, cosa dovrebbe accadere?

In altre parole, non mi è chiaro cosa succede se mantengo lo stesso nucleo facendolo lavorare sempre ad ugual modo(stessa induzione) ma facendogli trasferire una potenza molto maggiore di quella per cui è stato costruito.

Questo perché, alla fine, ho sempre letto che un nucleo quando lavora ad una corretta induzione e quando riesce a smaltire le perdite dovrebbe essere in grado di fare il suo lavoro. Detto questo però sembrerebbe allora che non abbia senso utilizzare un calcolo per determinare la potenza del nucleo!

Dove mi perdo?

Grazie mille a chiunque mi possa illuminare!

[fpalone]

sostituendo gli avvolgimenti e rendendoli compatibili per quanto riguarda la sovratemperatura

Se il nucleo è stato dimensionato per una data potenza, è improbabile che a parità di condizioni si possano sostituire gli avvolgimenti con altri di maggior potenza.
In altre parole, per farla molto più semplice di quello che dovrebbe essere, aumenterà la densità di corrente degli avvolgimenti (maggiori temperature, maggiori perdite).

[FilippoKK]

Ciao,
certo che potrebbe essere possibile, ad esempio se a parità di potenza di nucleo costruissi un trasformatore con conduttori di rame e li sostituissi poi con ipotetici conduttori di argento, potrei assorbire maggior potenza a parità di perdite nei conduttori.

Però perdonami ma il punto non è questo! Vorrei capire proprio se accade qualcosa secondo i punti di vista scritti sopra.

Ciaooo

[fpalone]

a parità di condizioni vuol dire che non si cambia ad esempio il materiale degli avvolgimenti.

In altre parole, non mi è chiaro cosa succede se mantengo lo stesso nucleo facendolo lavorare sempre ad ugual modo(stessa induzione) ma facendogli trasferire una potenza molto maggiore di quella per cui è stato costruito.

Se mantieni lo stesso nucleo (quindi la stessa geometria) per raddoppiare la potenza a parità di condizioni (induzione di lavoro, materiale degli avvolgimenti, frequenza di rete, livelli di isolamento, metodo di raffreddamento etc...) devi raddoppiare la densità di corrente negli avvolgimenti, quindi le perdite aumentano di quattro volte e le sovra temperature di conseguenza. Al nucleo in prima approssimazione non succede nulla ma gli avvolgimenti avranno maggiori perdite e maggiore sovra temperatura.

facendogli trasferire una potenza molto maggiore di quella per cui è stato costruito

il nucleo non "trasferisce" potenza, è per questo che se aumenti il carico di un trasformatore, a parità di induzione, il nucleo non ne risulta direttamente influenzato.

[SandroCalligaro]

FilippoKK, non hai detto se vuoi considerare stessa tensione e frequenza di funzionamento, anche se mi sembra di sì...

[FilippoKK]

Allora.. forse non é proprio chiaro il punto su cui vorrei far luce. Mettiamo che abbia un nucleo di sezione 100mmq, e una finestra del nucleo, quindi una larghezza dei gioghi, che mi permette di farci stare avvolgimenti di sezione anche molto abbondante. Ma ovviamente la sezione dei gioghi e delle colonne permane a 100mmq. Mettiamo ora che questa sezione sia la minima utile calcolata per 10kVA, se io in questo trasformatore(che ha molto spazio nelle finestre) avvolgo avvolgimenti capaci di condurre 100kVA, il trasformatore "funziona"?

Non so se ho reso l'idea, ma sto parlando escusivamene della parte riguardante il nucleo del trasformatore, non voglio tirare in ballo gli avvolgimenti, quelli capisco bene che avendo una corrente al loro interno, scaldano per definizione.

Ma il nucleo, che alla fine se riesce a smaltire il calore dato dalle proprie perdite sviluppate ad una certa induzione dovrebbe non avere altri problemi, perché é soggetto ad un calcolo di potenza di dimensionamento?

Comunque si, ovviamente stessa frequenza e stessa induzione.

Un saluto a voi

[SandroCalligaro]

Messa così credo che si possa fare...

Certo, vorrebbe dire che nel trasformatore di partenza il nucleo era in parte sprecato (magari non la sezione, ma le finestre e quindi comunque parte del materiale).

[CarloCoriolano]

Direi, anzi dico, che il ferro saturerebbe poco oltre la potenza nominale di 10 kVA. Mano a mano che si sale si introducono armoniche, perdite, fino al sovraccarico da corto al primario.

In fin dei conti l'egualianza: enne per i uguale R per fi deve sempre funzionare.

[SandroCalligaro]

Ma perché il numero di spire dovrebbe essere fisso?

[FilippoKK]

Ma in teoria la saturazione non si raggiunge solo dopo un certo livello di induzione? Se si assorbe semplicemente più corrente a secondario e quindi a primario l'induzione comunque non cambia.

Il numero di spire rimane invariato proprio per non far cambiare l'induzione, quindi l'unica cosa che cambierebbe, nel momento in cui si volessero assorbire più di 10kVA, sarebbe la corrente..

L'unica cosa che mi verrebbe da dire é che un nucleo, da quanto ho studiato, é come un conduttore di flusso, con una sua lunghezza, sezione è riluttanza. Quindi come in un conduttore che trasporta corrente, se il calore viene dissipatore correttamente in teoria posso avere una densità di flusso molto alta.

In ogni caso comunque non mi é ancora chiaro il punto di partenza!

Be, un saluto!