La frequenza che può essere utilizzata in un trasformatore è determinata principalmente dalla progettazione e dalla costruzione del nucleo e degli avvolgimenti del trasformatore. I trasformatori sono progettati per funzionare in modo efficiente a frequenze specifiche in base alle proprietà magnetiche del materiale del nucleo e al numero di spire negli avvolgimenti. Le frequenze più elevate richiedono in genere materiali del nucleo specializzati con perdite del nucleo inferiori e proprietà di isolamento specifiche per ridurre al minimo le correnti parassite e le perdite per isteresi. Pertanto, la gamma di frequenza in cui un trasformatore può effettivamente funzionare dipende dalle specifiche di progettazione e dall’applicazione prevista.
I trasformatori utilizzano comunemente frequenze che vanno da 50 Hz a 60 Hz nei sistemi di distribuzione dell’energia in tutto il mondo. Queste frequenze corrispondono alle frequenze di rete CA standard utilizzate in diverse regioni. Tuttavia, i trasformatori possono essere progettati per funzionare a varie frequenze a seconda dei requisiti applicativi specifici. Ad esempio, i trasformatori utilizzati nelle apparecchiature audio o nelle telecomunicazioni possono funzionare a frequenze più elevate, tipicamente nell’intervallo da kilohertz (kHz) a megahertz (MHz). Queste frequenze più elevate richiedono trasformatori con design specializzato e materiali ottimizzati per prestazioni efficienti a tali frequenze.
I trasformatori possono funzionare a frequenze diverse purché i parametri di progettazione, inclusi il materiale del nucleo, la configurazione dell’avvolgimento e l’isolamento, siano adatti all’intervallo di frequenza specificato. Tuttavia, il funzionamento di un trasformatore a frequenze significativamente diverse dalla frequenza di progetto può influenzarne l’efficienza e le prestazioni. I trasformatori ad alta frequenza, ad esempio, richiedono un’attenta considerazione delle perdite del nucleo, della capacità dell’avvolgimento e delle caratteristiche di isolamento per garantire un funzionamento affidabile e una perdita di energia minima. Potrebbero essere necessarie modifiche alla progettazione per ottimizzare le prestazioni del trasformatore per diverse gamme di frequenza.
La scelta di un trasformatore ad alta frequenza implica la considerazione di diversi fattori, tra cui la frequenza operativa desiderata, la potenza nominale, i requisiti di efficienza e i vincoli relativi alle dimensioni fisiche. I trasformatori ad alta frequenza vengono spesso utilizzati in applicazioni quali alimentatori a commutazione, circuiti RF (radiofrequenza) e apparecchiature per le telecomunicazioni. Le considerazioni chiave includono la selezione di materiali del nucleo con basse perdite alle alte frequenze (come nuclei di ferrite o ferro in polvere), la minimizzazione della capacità dell’avvolgimento per ridurre le perdite ad alta frequenza e la garanzia di un isolamento adeguato per resistere alle sollecitazioni ad alta tensione. Potrebbero essere necessari trasformatori progettati su misura per soddisfare requisiti specifici di frequenza e prestazioni.
Per variare la frequenza e la tensione di un trasformatore è possibile utilizzare diversi metodi a seconda dell’applicazione. La variazione di frequenza può essere ottenuta utilizzando azionamenti a frequenza variabile (VFD) o alimentatori a frequenza regolabile che forniscono una frequenza di uscita CA variabile. Questi dispositivi controllano la frequenza dell’alimentazione CA all’avvolgimento primario del trasformatore, variando così la frequenza di uscita secondo necessità. La variazione di tensione, invece, può essere ottenuta regolando il rapporto spire del trasformatore. Modificando il numero di spire l’uno rispetto all’altro nell’avvolgimento primario o secondario, è possibile regolare di conseguenza il rapporto di tensione e quindi la tensione di uscita. I trasformatori progettati per applicazioni a frequenza e tensione variabili richiedono un’attenta considerazione della saturazione del nucleo, dell’isolamento dell’avvolgimento e della gestione termica per garantire un funzionamento sicuro e affidabile nell’intervallo operativo previsto.