Il materiale scelto per il nucleo di un trasformatore si basa generalmente sulle sue proprietà magnetiche, sul rapporto costo-efficacia e sull’idoneità per l’applicazione specifica. Uno dei materiali più comuni utilizzati per i nuclei dei trasformatori è l’acciaio al silicio (noto anche come acciaio elettrico). Le leghe di acciaio al silicio sono preferite per la loro elevata permeabilità magnetica, che consente un efficiente accoppiamento del flusso magnetico tra gli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore. Questo materiale riduce le perdite di energia dovute all’isteresi e alle correnti parassite, rendendo l’acciaio al silicio ideale per i trasformatori ad alta efficienza utilizzati nella distribuzione di energia e nelle applicazioni elettriche.
Il ferro, in particolare sotto forma di fogli laminati di acciaio al silicio, è ampiamente scelto come materiale per il nucleo dei trasformatori a causa delle sue eccellenti proprietà magnetiche. La struttura laminata aiuta a ridurre al minimo le correnti parassite fornendo isolamento elettrico tra gli strati adiacenti, riducendo così le perdite di energia sotto forma di calore. Questa proprietà è fondamentale per migliorare l’efficienza dei trasformatori, in particolare quelli utilizzati nei sistemi di trasmissione e distribuzione di energia dove ridurre al minimo le perdite è essenziale per un funzionamento economicamente vantaggioso.
Il ferro è selezionato come materiale per il nucleo dei trasformatori principalmente per le sue caratteristiche magnetiche, che includono elevata permeabilità magnetica e bassa coercività. Queste proprietà consentono ai nuclei di ferro di concentrare e dirigere in modo efficiente il flusso magnetico generato dall’avvolgimento primario attraverso il nucleo per indurre tensione nell’avvolgimento secondario. Questa efficienza è fondamentale affinché i trasformatori funzionino in modo efficace con perdite di energia minime, garantendo elevata efficienza e affidabilità nella conversione dell’energia elettrica a diversi livelli di tensione.
La scelta del materiale appropriato per il nucleo del trasformatore implica la considerazione di diversi fattori come la frequenza operativa desiderata, l’efficienza richiesta, le perdite del nucleo e il costo. L’acciaio al silicio è comunemente scelto per la sua elevata permeabilità magnetica, le basse perdite nel nucleo e il rapporto costo-efficacia in varie gamme di frequenza tipicamente utilizzate nella distribuzione di energia e nell’elettronica. Per le applicazioni ad alta frequenza, i nuclei di ferrite possono essere preferiti a causa delle minori perdite per correnti parassite e della maggiore resistività. Le leghe amorfe stanno guadagnando popolarità anche per le ridotte perdite del nucleo a frequenze più elevate e in determinate condizioni operative.
Quando si realizza un nucleo del trasformatore, la scelta dei materiali dipende dai requisiti specifici dell’applicazione. L’acciaio al silicio (acciaio elettrico) rimane una scelta popolare per il suo equilibrio tra proprietà magnetiche, convenienza e ampia disponibilità. I materiali in ferrite sono preferiti nelle applicazioni ad alta frequenza a causa delle loro basse perdite di correnti parassite. Le leghe amorfe offrono vantaggi nella riduzione delle perdite del nucleo alle alte frequenze e possono essere adatte per determinate applicazioni di distribuzione di potenza e di efficienza energetica. Il processo di selezione prevede la valutazione dei compromessi tra prestazioni magnetiche, efficienza, costi e caratteristiche operative per ottimizzare la progettazione e le prestazioni del trasformatore per l’uso previsto.