* PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN ALIMENTATORE SEMPLICE

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN ALIMENTATORE SEMPLICE

Prima di iniziare la descrizione del funzionamento di un alimentatore, è opportuno spiegare cos'è un trasformatore.

IL TRASFORMATORE

Il trasformatore è una macchina elettrica statica, composta da due avvolgimenti di filo conduttore, entrambi avvolti intorno a un nucleo di materiale ferromagnetico. I due avvolgimenti, detti rispettivamente primario e secondario, sono separati l'uno dall'altro, ma interagiscono fra loro mediante mutuainduzione. Applicando una tensione sinusoidale al primario, ai capi del secondario è presente una tensione sinusoidale avente la stessa frequenza della prima, ma ampiezza diversa. Negli alimentatori, si utilizzano trasformatori riduttori di tensione, la cui tensione presente sul secondario ha ampiezza inferiore a quella applicata sul primario. La figura 1 riporta il simbolo circuitale di un trasformatore.

Figura 1. Simbolo circuitale di un trasformatore

Supponendo che il flusso magnetico generato dal primario si concateni interamente con l'avvolgimento secondario, si dimostra che:

( V2/V1 ) = ( N2/N1 )

da cui:

V2= ( N2/N1 ) V1

dove N1 ed N2 sono rispettivamente il numero di avvolgimenti del primario e il numero di avvolgimento del secondario. Il termine N2/N1 prende il nome di rapporto di trasformazione. Quando questo rapporto è maggiore di 1 la tensione al secondario è maggiore di quella applicata al primario. In questo caso il trasformatore è elevatore di tensione; quando il rapporto di trasformazione è minore di 1 la tensione sul secondario risulta minore di quella applicata sul primario. In questo caso, il trasformatore è detto riduttore di tensione.

L'ALIMENTATORE

In figura 2 è riportato lo schema elettrico di un alimentatore semplice.

Figura 2. Schema elettrico di un alimentatore semplice

Come si può notare, l'alimentatore è costituito da un ponte raddrizatore ( raddrizzatore a doppia semionda ) all'uscita del quale vi è un condensatore. Il condensatore consente di modificare l'andamento temporale della tensione all'uscita del ponte raddrizzatore, trasformandola in una tensione quasi continua. La figura 3 riporta l'andamento temporale di tale tensione.

Figura 3. Andamento temporale del segnale di uscita dell'alimentaore.

Supponiamo il condensatore inizialmente scarico. Durante il tempo che intercorre tra gli istanti 0 e t1, il condensatore si carica e l'andamento della tensione ai suoi capi coincide con quello della prima semionda raddrizzata. Nell'intervallo di tempo di estremi t1 e t3, la semionda raddrizzata decresce a partire dall'istante t1 e il condensatore inizia a scaricarsi. Il valore della capacità del condensatore va opportunamente dimensionato in modo che la costante di tempo RL C sia superiore al periodo dell'onda raddrizzata. La scarica del condensatore prosegue fino all'istante t3, in cui si ripete il processo di carica. I diodi conducono alternativamente a coppia solo negli intervalli di tempo in cui si verifica il processo di carica del condensatore. Notiamo che la tensione sul carico non è perfettamente costante, come si vorrebbe che fosse. Tale tensione presenta una ondulazione che prende il nome di ripple. Il ripple di questo tipo di alimentatore non può essere eliminato, ma lo si può ridurre agendo sul dimensionamento della capacità del condensatore. Si dimostra che l'ampiezza di ripple, che denotiamo con Vr, è data dalla seguente espressione:

Vr= I/2fC

dove I è la corrente media nel carico RL, C la capacità del condensatore ed f la frequenza della tensione ai capi del secondario. Come si nota, l'ampiezza del ripple diminuisce al crescere del valore della capacità.

ESERCIZIO DA PROPORRE AGLI STUDENTI

Simulare il funzionamento dell'alimantatore riportato in figura 1 e confrontare i grafici della simulazione con quelli ottenuti dall'analisi matematica.