DIMENSIONAMENTO TRASFORMATORI ED AUTOTRASFORMATORI MONOFASI

Devono essere dimensionati in funzione del loro utilizzo per la potenza che essi forniscono al secondario.

Al costruttore devono essere forniti i seguenti dati:

·      Indicazione della forma costruttiva.

·      Potenza nominale totale in servizio continuo in VA o KVA

·      Tensione di alimentazione primaria e frequenza di lavoro.

·      Potenza nominale in servizio continuo per ogni avvolgimento  secondario previsto

·      Potenza massima di punta erogabile per ogni avvolgimento    secondario previsto con il relativo ciclo operativo

·      Tensione richiesta a carico su ogni singolo secondario

Forma costruttiva.

Devono essere date tutte quelle indica­zioni che esulano dalla esecuzione standard prevista dal costruttore.   

-     Temperatura ambiente    40 °C

-     Umidità     90  %  

-     Variazione tensione di alimentazione     ± 10 %

-     Variazione frequenza di alimentazione    ±  5 %

-     Tensioni di corto circuito

Dovranno essere comunicate, se esistono, particolari esigenze di dimensioni max e tipo dei  collegamenti ( a morsetto, a vite, a fili ecc. ). 

Potenza nominale

Va calcolata sommando tutti i carichi che possono essere collegati contemporaneamente al trasformatore, tenendo   conto del relativo cosf, con un fattore di sicurezza del 10%.

In via approssimativa, nella maggior parte dei casi, ci si può limitare a sommare fra loro le potenze apparenti dei carichi o le  loro correnti. Si può considerare infatti che, benchè sia teoricamente errato sommare algebricamente i valori suddetti in quanto si  dovrebbe eseguire la somma vettoriale, il calcolo porta comunque ad un valore superiore a quello esatto e quindi ad un dimensionamento prudenziale del trasformatore.

Per potenze contenute, £ a 5000 VA è quindi ovvia l'assoluta inuti­lità pratica di calcoli complicati.

Quanto descritto sopra è valido in linea generale. Esistono comunque delle utilizzazioni per le quali è utile fare delle considerazioni particolari

Trasformatori per circuiti ausiliari di comando dei contattori.

Per questi trasformatori bisogna considerare oltre alla necessità di alimentare le bobine dei contattori in ritenuta anche di garantirne la opportuna corrente di spunto di attrazione senza che la tensione di comando scenda sotto il 80% della nominale. In caso contrario non sarebbe più garantita la chiusura del contattore.

·      Potenza nominale

È la somma delle potenze di tutte le utenze fisse e di tutte le bobine che possono essere inserite contemporaneamente prese al valore di ritenuta.

·      Potenza di picco

È la somma delle potenze di tutte le utenze fisse, di tutte le bobine che possono essere inserite contemporaneamente prese al valore di ritenuta ad eccezione della bobina più grande che va presa al valore di spunto. Naturalmente le sequenze vanno progettate in modo da evitare l'inserzio­ne contemporanea di più bobine di assorbimento importante. Qualora  non fosse possi­bile è necessario tenere conto di ciò e prendere di tutte queste il valore all'inserzione.

Scegliere il trasformatore in modo che possa fornire la potenza nominale ma che sia anche in grado di fornire la potenza di picco  senza che la tensione scenda sotto il 80%. Nella tabella sono riportate, per potenze nominali dei trasformatori fino a 5 Kva, il massimo erogabile dagli stessi.

La formula è la seguente:

Nel calcolo si tiene conto di una variazione di rete "dv" del 10%. Nel caso fosse prevista una variazione percentuale superiore le  potenze massime erogabili saranno ovviamente ridotte secon­do la formula:

Trasformatori o auto di alimentazione eccitazione motori

Nel dimensionamento di queste macchine bisogna tenere presente i  due fattori più importanti:

-     I dati forniti dalle case costruttrici dei motori sono con tolleranza del 10 %

-     La corrente di eccitazione è fornita considerando l'avvolgimento in temperatura di esercizio ( 75 °C ). 

Considerando quindi una temperatura di lavoro minima di 25 °C  si  può ritenere che è opportuno tenere conto di un sovradimensionamento di almeno il 20%.

In conclusione, tenendo conto di ambo i punti, e considerando il rapporto fra la tensione alternata e la tensione continua si può  concludere che le caratteristiche secondarie sono:

Definita la potenza è necessario stabilire, per la protezione, il dimensionamento dei fusibili primari.

Nel dimensionamento degli stessi bisogna considerare:

-     Devono sopportare la corrente di accensione che può essere   considerata circa 10¸12 volte la nominale per 10 ms.

-     Devono intervenire, in un tempo massimo di 5 sec., in caso di cortocircuito sul secondario più debole del trasformatore.

Detto valore vale per i trasformatori. Poichè negli autotra­sforma­tori la tensione di Vcc. è sicuramente più alta perchè un corto  circuito sul secondario potrebbe addirittura portare alla saturazione del nucleo magnetico si può tranquillamente ritenere che il  calcolo del fusibile, considerato come un trasformatore, è sicuramente prudenziale.  

Tenere presente che oltre alla Vcc. del trasformatore, nel calcolo della corrente di corto circuito, può essere importante la lunghezza del cavo di collegamento dall'uscita dei fusibili primari fino all'ingresso dei fusibili secondari. È ovvio che l'importanza dei cavi di collegamento è tanto più sentita tanto più è  bassa la tensione di lavoro.        

Nel caso di tensioni secondarie £ di 48 volt assumono, come detto, importanza anche il collegamento al fusibile seconda­rio. In via  approssimata, considerando una densità di corrente sul condutto­re   I/mm² ed una temperatura di esercizio dello stesso di 70°C, si dovrebbe considerare un aumento di Vcc. pari a:

per ogni metro di collegamento

 Ad esempio

-     Trasformatore da  1000 VA  

-     Tensione primaria  380 volt

-     Tensione secondaria  6 volt

-     Lunghezza cavi   1 m.

 Per la corrente secondaria ( 167 A ) necessita un cavo di 95 mm² per cui risulta una densità di 1,75 A/mm²

La corrente primaria di corto circuito prevedibile sarà di circa

Scegliendo un fusibile con caratteristica gl dalle curve caratteristiche tempo/corrente si ricava un valore massimo di fusibi­le di 16 Amp. Con un fusibile aM il valore massimo è di 10 Amp.

 Il valore minimo di fusibile si ricava invece al solito con:

Scegliendo un fusibile con caratteristica gl dalle curve caratteristiche tempo/corrente si ricava un valore minimo di fusibi­le di  4 Amp. Con un fusibile aM il valore minimo è di 4 Amp. in quanto, benchè il 2 Amp. sia in grado di sopportare la corrente di spunto,  è inferiore alla corrente nominale di 2.7 Amp.

Si può comunque usare per i trasformatori più usati, e per tensioni secondarie ³ 48V la Tabella:

Per i valori intermedi è possibile, se non si vogliono eseguire  calcoli e ricerche sulle caratteristiche dei fusibili, considerare il campo del fusibile compreso fra il massimo del valore   inferiore e il minimo del superiore. Considerare, per il calcolo  della potenza di picco la Vcc. del valore inferiore. Esempio:

Per definire il fusibile necessario in caso di trasformatore plurisecondario sarebbe necessario avere dal costruttore la tensione  di corto circuito Vcc. riferita ad ogni singolo secondario. Poichè i valori di Vcc. che fornirebbe il costruttore sarebbero comunque inferiori a quelli desunti dalla tabella per trasformatori singoli  si può, in prima prudenziale approssimazione valutare le singole  condizioni ( un trasformatore per ogni avvolgimento, sia primario  che secondario ) e scegliere un fusibile compreso fra il più alto dei minimi ed il più basso dei massimi. Qualora il campo di scelta si riduca a zero si renderà necessario un calcolo più approfondito richiedendo gli opportuni dati al costruttore e valutando anche la  presenza di carichi continui sugli altri avvolgimenti.

1° esempio

-     Trasformatore da 3000 VA 

-     Tensione primaria 380 Volt

-     Potenza secondario 1 2000 VA

-     Tensione secondario 1 220 Volt

-     Potenza secondario 2 1000 VA

-     Tensione secondario 2 110 Volt    

2° esempio

-     Trasformatore da  2400 va  

-     Tensione primaria 380 volt

-     Potenza secondario 1 2000 va

-     Tensione secondario 1 220 volt

-     Potenza secondario 2 400 va

-     Tensione secondario 2 110 volt

Questo esempio dimostra che non esisterebbe la possibilità di proteggere opportunamente detto trasformatore. Si renderà quindi necessario interpellare il costruttore per avere il reale dato di Vcc. riferito all'avvolgimento da 400 VA e calcolare se può essere  protetto da un 10 Amp tipo gl o da un 8 Amp tipo aM. Dalla tabella si può vedere che se la Vcc. fosse del 4,5% anzichè del 5% il fusibile gl da 10 Amp sarebbe adatto. Dovrebbe invece essere inferiore, 3,8% per accettare il fusibile tipo aM da 8 Amp.