Un nucleo viene utilizzato nei trasformatori per migliorare l’efficienza del trasferimento di energia elettrica tra circuiti con diversi livelli di tensione. Il nucleo, tipicamente realizzato in materiale ferromagnetico come ferro o acciaio, svolge diverse funzioni critiche. Innanzitutto prevede un circuito magnetico chiuso che concentra e dirige il flusso magnetico generato dagli avvolgimenti del trasformatore. Questa concentrazione di flusso magnetico consente un’efficiente induzione di tensione nell’avvolgimento secondario rispetto all’avvolgimento primario. Inoltre, il nucleo riduce la riluttanza magnetica, ovvero la resistenza al flusso magnetico in un materiale, aumentando così il coefficiente di accoppiamento tra gli avvolgimenti e migliorando l’efficienza complessiva del trasformatore.
Un trasformatore con nucleo in aria, invece, utilizza un materiale del nucleo non magnetico, tipicamente aria o altri materiali non magnetici. Il motivo principale per utilizzare un nucleo in aria nei trasformatori è evitare perdite magnetiche associate a materiali ferromagnetici come ferro o acciaio. I nuclei d’aria vengono utilizzati in applicazioni in cui è fondamentale ridurre al minimo le perdite di energia dovute a isteresi e correnti parassite, come nei trasformatori ad alta frequenza utilizzati nei circuiti a radiofrequenza (RF) o in applicazioni in cui è richiesto un controllo preciso delle proprietà magnetiche. I trasformatori con nucleo in aria sono in grado di funzionare a frequenze più elevate e possono ottenere prestazioni migliori in termini di efficienza e precisione in intervalli di frequenza specifici rispetto ai trasformatori con nuclei magnetici.
Il nucleo di acciaio in un trasformatore ha lo scopo essenziale di fornire un percorso altamente permeabile al flusso magnetico. L’acciaio, in particolare l’acciaio al silicio laminato, viene scelto per la sua elevata permeabilità magnetica e le basse perdite magnetiche. Utilizzando un nucleo in acciaio, i trasformatori possono trasferire in modo efficiente l’energia elettrica dagli avvolgimenti primari a quelli secondari concentrando e guidando il flusso magnetico attraverso il nucleo. Questa concentrazione riduce al minimo le perdite di energia dovute all’isteresi magnetica e alle correnti parassite, rendendo i trasformatori con nucleo in acciaio più efficienti e adatti a varie applicazioni di distribuzione e trasmissione di potenza in cui l’efficienza energetica è fondamentale.
Un trasformatore con nucleo a gradini si riferisce a un design del nucleo del trasformatore in cui il nucleo magnetico è costruito in una configurazione a gradini o a strati. Questo design è particolarmente utile nei trasformatori ad alta tensione e ad alta potenza, dove consente un migliore controllo sulla distribuzione del flusso magnetico e riduce le perdite. Facendo avanzare il nucleo, i produttori possono ottimizzare la progettazione per ridurre al minimo il flusso di dispersione e migliorare l’efficienza complessiva del trasformatore. I trasformatori con nucleo a gradini sono comunemente utilizzati nei sistemi di distribuzione dell’energia, nelle sottostazioni elettriche e nelle applicazioni industriali in cui l’affidabilità, l’efficienza e le prestazioni in condizioni di carico variabili sono fondamentali.
La funzione di un trasformatore a nucleo, a differenza di un trasformatore a guscio, risiede nella sua configurazione del nucleo. In un trasformatore a nucleo, gli avvolgimenti circondano il nucleo magnetico, che fornisce un circuito magnetico chiuso per un efficiente trasferimento di energia. La configurazione del tipo di nucleo consente un design compatto con un elevato coefficiente di accoppiamento magnetico tra gli avvolgimenti primario e secondario, con conseguente migliore efficienza e caratteristiche prestazionali. I trasformatori a nucleo sono ampiamente utilizzati nelle reti di distribuzione dell’energia, nelle reti elettriche e in varie applicazioni industriali in cui una trasformazione della tensione affidabile ed efficiente è essenziale per trasmettere energia elettrica su lunghe distanze con perdite minime.