Trasformatori isolati

Come sono fatti ?

I trasformatori sono la soluzione ideale per garantire un adeguato isolamento elettrico negli apparati elettrici.
I trasformatori toroidali sono compatti e, se necessario, possono venire incapsulati e sigillati, hanno flussi dispersi molto bassi e non causano disturbi elettromagnetici.

Creare un isolamento elettrico, significa separare elettricamente due parti di un circuito che possono interagire tra di loro.
Pur isolando le due parti di circuito, possiamo comunque ottenere il funzionamento delle parti collegate agli avvolgimenti secondari, accoppiando elettro magneticamente attraverso il nucleo, le due parti di circuito, quello primario e quello secondario.
Il metodo di isolamento di un trasformatore, per essere definito sicuro o di sicurezza, deve rispettare vari parametri , ma soprattutto deve avere un elevato potere isolante e barriere di separazione sufficientemente isolanti.
A titolo d’esempio, l’isolamento elettrico potrebbe essere costituito da una lastra di plastica oppure da uno strato di aria abbastanza grande da consentire comunque una rigidità dielettrica tale da isolare adeguatamente gli avvolgimenti.

I sistemi isolanti utilizzati dai trasformatori si basano sui principi dei flussi magnetici ed offrono vari vantaggi nell’utilizzo degli apparati medicali :

• non presentano anelli di massa
• migliorano l’areazione di modo comune
• permettono alle due parti del circuito di lavorare a tensioni differenti, il che significa che un circuito può lavorare a livelli di tensione pericolose e l’altro a tensioni non pericolose.

Panoramica dei trasformatori

Un trasformatore è un dispositivo elettrico che, attraverso l’induzione elettromagnetica, trasferisce energia da un circuito primario ad uno o più circuiti secondari.
Comunemente i trasformatori vengono utilizzati per aumentate o diminuire i valori di tensione alternata nelle applicazioni elettriche ed elettroniche.
Il tutto avviene facendo passare una corrente elettrica attraverso un avvolgimento primario accoppiato ad un nucleo magnetico.
Attraverso il nucleo, il flusso indotto genera una circolazione ed una tensione sull’avvolgimento secondario.
In funzione dei numeri di spire degli avvolgimenti primari e secondari, la tensione di uscita può aumentar e/o diminuire rispetto a quella applicata al circuito primario.

I nuclei dei trasformatori a frequenza di rete 50/60Hz, maggiormente utilizzati, sono di due tipi, la versione EI (oppure UI) e quella toroidale.

Costruzione dei trasformatori tipo EI ed UI

Si crea una struttura di nucleo unica, accoppiando lamierini a grani orientati, tagliati a forma di E con quelli tagliati a forma di I e sovrapponendoli uno all’altro per raggiungere la altezza convenuta del nucleo.
Esiste anche una forma del lamierino definita di tipo UI che viene tilizzata per la realizzazione di trasformatori piatti a basso profilo
Una volta realizzati gli avvolgimenti, la composizione dei lamierini composti del nucleo, verrà inserita nel rocchetto avvolto.
Gli avvolgimenti primari e secondari vengono realizzati su rocchetti in materiale altamente isolante con gole di separazione tra gli avvolgimenti che devono venire ulteriormente isolati tra loro.
La conformazione dei rocchetti consente un elevato potere di automatizzazione consentendo di abbattere i tempi di produzione e mantenendo costi contenuti rispetto alla soluzione toroidale.

Costruzione del trasformatore toroidale

Il nucleo di un trasformatore toroidale è realizzato con un nastro di lamierino a grani orientati, sono possibili varie larghezze, arrotolato su se stesso.
La parte finale del nastro arrotolato, viene bloccata con dei punti di saldatura affinchè il lamierino non si srotoli.
Il nucleo viene quindi isolato con una fase di laccatura oppure lo si può inscatolare in appositi gusci plastici, oppure lo si isola nastrandolo con materiali isolanti come Mylar o Nomex.
Gli avvolgimenti del trasformatore si applicano direttamente sul nucleo isolato creando strati di ulteriore materiale isolante per separare ogni singolo avvolgimento.
Siccome ogni singolo avvolgimento deve venire creato passando il filo di rame attraverso il foro centrale del nucleo che è un corpo unico, la produzione di un trasformatore toroidale è estremamente più complessa e meno automatizzabile rispetto ai trasformatori lineari con nucleo EI o UI.

La costruzione con un nastro di lamierino continuo, consente di poter avere trasformatori più piccoli e leggeri a parità di potenza, una maggiore efficienza e silenziosità di funzionamento rispetto ai trasformatori con nucleo EI.
Questi requisiti sono estremamente importanti per le applicazioni negli apparati medicali e tante altre possibili applicazioni dove anche gli ingombri ridotti sono importanti.

Conclusioni

I trasformatori toroidali sono ideali per la loro caratteristica di elevato isolamento elettrico negli apparati elettro medicali e possono anche venire totalmente incapsulati se necessario.
Hanno campi elettromagnetici estremamente ridotti e di conseguenza evitano flussi elettromagnetici dispersi che potrebbero influenzare le apparecchiature.