L’efficienza del trasformatore cambia in genere con le condizioni di carico e comprendere questa relazione è fondamentale per ottimizzare il trasferimento di energia e ridurre al minimo le perdite nei sistemi elettrici. Generalmente, l’efficienza del trasformatore aumenta con il carico fino a un certo punto. A carichi bassi, il trasformatore può funzionare al di sotto della sua efficienza ottimale a causa delle perdite del nucleo e delle perdite di corrente a riposo che rimangono relativamente costanti indipendentemente dal carico. Quando il carico aumenta entro la capacità nominale del trasformatore, l’efficienza migliora perché una porzione maggiore della potenza in ingresso viene trasferita all’uscita.
L’efficienza non aumenta linearmente con il carico ma segue piuttosto una curva caratteristica. Con carichi leggeri, il trasformatore può mostrare un’efficienza inferiore perché le perdite (come perdite nel nucleo e perdite nel rame) rappresentano una percentuale significativa della potenza in ingresso. All’aumentare del carico, le perdite rimangono relativamente costanti, ma la potenza erogata al carico aumenta, con conseguente maggiore efficienza. Tuttavia, oltre un certo punto, solitamente avvicinandosi al pieno carico o vicino alla capacità nominale del trasformatore, l’efficienza può stabilizzarsi o addirittura diminuire leggermente a causa di fattori come effetti di saturazione nel nucleo o maggiori perdite di rame a correnti più elevate.
Quando il carico di un trasformatore aumenta, diversi effetti ne influenzano il funzionamento. Innanzitutto, la regolazione della tensione tende a migliorare all’aumentare del carico, il che significa che il trasformatore può mantenersi vicino alla tensione di uscita nominale in condizioni di carico variabili. Ciò è utile per garantire il funzionamento stabile delle apparecchiature collegate. In secondo luogo, la potenza erogata al carico aumenta con la corrente di carico, migliorando l’efficienza complessiva del trasferimento di energia dall’avvolgimento primario a quello secondario. Tuttavia, un carico eccessivo oltre la capacità nominale del trasformatore può portare a surriscaldamento, riduzione dell’efficienza e potenziali danni agli avvolgimenti del trasformatore.
L’efficienza aumenta con la resistenza di carico in un trasformatore principalmente perché le perdite resistive (perdite nel rame) prevalgono con resistenze di carico più elevate. Queste perdite sono proporzionali al quadrato della corrente di carico, quindi all’aumentare della resistenza di carico, la corrente di carico diminuisce, riducendo così le perdite nel rame. Questa riduzione delle perdite contribuisce a una maggiore efficienza poiché viene dissipata meno potenza sotto forma di calore negli avvolgimenti. Pertanto, i trasformatori sono progettati per funzionare in modo efficiente quando l’impedenza di carico corrisponde all’impedenza nominale del trasformatore, garantendo il massimo trasferimento di potenza e perdite di energia minime.
L’efficienza di un trasformatore aumenta in funzione della corrente di carico a causa di diversi fattori. Inizialmente, a correnti di carico inferiori, il trasformatore potrebbe funzionare al di sotto dell’efficienza di picco a causa di perdite fisse come perdite del nucleo e perdite di corrente inattiva. All’aumentare della corrente di carico, una percentuale maggiore della potenza in ingresso viene convertita in potenza in uscita utile, con conseguente miglioramento dell’efficienza. Questa relazione è significativa perché le perdite (sia nel nucleo che nel rame) rimangono relativamente costanti, ma la potenza di uscita fornita al carico aumenta con la corrente di carico. Pertanto, i trasformatori sono progettati per funzionare in modo efficiente in un’ampia gamma di correnti di carico, ottimizzando il trasferimento di energia e riducendo al minimo gli sprechi.