Il trasformatore è una macchina elettrica statica che trasferisce potenza tra due circuiti in corrente alternata tramite accoppiamento magnetico. Permette di elevare o abbassare la tensione cambiando il rapporto tra le spire degli avvolgimenti.
Nel modello ideale:
e, per conservazione della potenza apparente:
Un carico collegato al secondario si riflette al primario come:
Il trasformatore reale presenta corrente magnetizzante, resistenze degli avvolgimenti, flussi dispersi, perdite nel rame e perdite nel ferro. Per flusso sinusoidale la tensione efficace indotta in un avvolgimento è:
Questa relazione mostra perché frequenza, numero di spire e flusso massimo determinano il dimensionamento del nucleo.
Il principio fisico è l’induzione elettromagnetica. Una corrente alternata nel primario genera un flusso magnetico variabile nel nucleo; questo flusso concatena il secondario e induce una tensione proporzionale al numero di spire. Per questo un trasformatore ideale richiede flusso variabile: in corrente continua, a regime, non può trasferire potenza per induzione come nel funzionamento ordinario.
Il modello reale viene rappresentato con un circuito equivalente che include resistenze degli avvolgimenti, reattanze di dispersione, ramo magnetizzante e perdite nel ferro. Le perdite nel rame crescono con I^2R, mentre le perdite nel ferro includono isteresi e correnti parassite nel nucleo. Il rendimento può essere molto alto, ma non è mai esattamente unitario.
La saturazione del nucleo è un vincolo essenziale. Se il flusso supera il campo di progetto, la corrente magnetizzante cresce molto e il trasformatore può surriscaldarsi o deformare la forma d’onda. Frequenza più bassa, tensione più alta o numero di spire insufficiente aumentano il rischio di saturazione.
I trasformatori sono usati in reti elettriche, alimentatori, isolamento galvanico, misura di tensione e corrente, adattamento di impedenza e conversione di livelli nei sistemi di potenza. Un errore comune è considerarli dispositivi che “creano potenza”: nel modello ideale conservano la potenza apparente, scambiando tensione con corrente secondo il rapporto di spire.