Bilancio energetico e rendimento effettivo e convenzionale

Il bilancio energetico del trasformatore monofase esprime la conservazione della potenza elettrica: la potenza assorbita al primario $P_1$ si suddivide tra potenza utile al secondario $P_2$ e perdite interne, secondo $P_1 = P_2 + P_{fe} + P_{cu}$.

Perdite nel ferro e nel rame

• Le perdite nel ferro $P_{fe}$, anche indicate come $P_0$, restano costanti al variare del carico perché dipendono dalla tensione applicata; comprendono isteresi magnetica e correnti parassite nel nucleo.
• Le perdite nel rame $P_{cu}$, o $P_{cc}$, sono variabili con il quadrato della corrente: $P_{cu} = R_1 I_1^2 + R_2 I_2^2$. Rappresentano l'effetto Joule negli avvolgimenti primario e secondario.

Rendimento effettivo e convenzionale

Il rendimento effettivo è $\eta = \frac{P_2}{P_1} = \frac{P_2}{P_2 + P_{fe} + P_{cu}}$. Il rendimento convenzionale si calcola con i dati di targa e l'indice di carico $\alpha = \frac{I_2}{I_{2n}}$: $\eta = \frac{\alpha S_n \cos\varphi_2}{\alpha S_n \cos\varphi_2 + P_0 + \alpha^2 P_{cc}}$.

Massimo rendimento

Il massimo si ottiene quando $P_{fe} = P_{cu}$, cioè $P_0 = \alpha^2 P_{cc}$; tipicamente per un carico compreso tra il 50% e il 75% di quello nominale.