La perdita maggiore in un trasformatore è tipicamente la perdita nel rame, nota anche come perdita I²R. Questo tipo di perdita si verifica a causa della resistenza degli avvolgimenti del trasformatore al flusso di corrente elettrica. Quando la corrente passa attraverso gli avvolgimenti, la resistenza provoca un riscaldamento proporzionale al quadrato della corrente (I²) moltiplicato per la resistenza (R). Le perdite nel rame rappresentano una parte significativa delle perdite totali in un trasformatore, in particolare in condizioni di pieno carico dove il flusso di corrente è massimo.
La perdita massima nei trasformatori è spesso la perdita del nucleo, che include sia la perdita per isteresi che la perdita per correnti parassite. La perdita di isteresi si verifica perché i materiali magnetici nel nucleo del trasformatore (tipicamente acciaio al silicio) subiscono una perdita di energia poiché si magnetizzano e smagnetizzano ripetutamente in risposta alla corrente alternata. La perdita di correnti parassite, invece, risulta dalle correnti indotte nel materiale del nucleo a causa del cambiamento del campo magnetico. Insieme, queste perdite nel nucleo possono essere sostanziali, specialmente nei grandi trasformatori che funzionano a frequenze più elevate.
I trasformatori subiscono quattro tipi principali di perdite: perdita di rame (perdita I²R), perdita del nucleo (comprese isteresi e perdite per correnti parassite), perdita di carico vagante e perdita dielettrica. La perdita di rame si verifica negli avvolgimenti a causa della resistenza elettrica. Le perdite del nucleo si riferiscono all’energia dissipata nel materiale del nucleo a causa dell’isteresi e delle correnti parassite. La perdita di carico vagante include perdite negli elementi strutturali, flussi di perdita e vibrazioni meccaniche. La perdita dielettrica comporta la dissipazione di energia nei materiali isolanti utilizzati all’interno del trasformatore.
La perdita totale di un trasformatore comprende tutte le perdite menzionate: perdita di rame, perdita del nucleo (isteresi e correnti parassite), perdita di carico vagante e perdita dielettrica. Queste perdite riducono collettivamente l’efficienza del trasformatore, poiché parte dell’energia elettrica in ingresso viene convertita in calore anziché essere trasferita al carico come energia elettrica utile. Ridurre al minimo queste perdite è fondamentale per migliorare l’efficienza e l’affidabilità delle operazioni del trasformatore, soprattutto nelle applicazioni in cui il risparmio energetico e il rapporto costo-efficacia sono fondamentali.
Solitamente vengono considerate sei perdite nel funzionamento del trasformatore: perdita nel rame (I²R), perdita nel nucleo (isteresi e correnti parassite), perdita di carico vagante, perdita dielettrica, perdita di carico e perdita a vuoto. La perdita di carico si riferisce alle perdite del rame e dei carichi parassiti che si verificano in condizioni di carico, mentre la perdita a vuoto comprende le perdite dei carichi parassiti e del nucleo quando il trasformatore è inattivo ma energizzato. Queste perdite contribuiscono all’inefficienza complessiva dei trasformatori e vengono gestite attraverso l’ottimizzazione della progettazione, la selezione dei materiali e le strategie operative per migliorare le prestazioni e l’affidabilità.
