ANATOMIA DI UN TRASFORMATORE

di Carlo Mussi

Tutto quello che si nasconde sotto la lamiera blu di un trasformatore Marklin

L’ avevo abbandonato in fondo ad un cassetto quando in casa era arrivata l’ energia elettrica a 220 Volt. Lui era stato costruito per la rete a 125 Volt e cosi tra la scelta di utilizzare un trasformatore riduttore di tensione o passare ad un modello piu’ recente era prevalsa la seconda.

  

Figura 1 Il trasformatore mod.6015

Spesso accade pero’ che parlando con gli amici ti viene l’ idea di poter fare qualcosa per esempio cambiare l’ avvolgimento primario del trasformatore per adeguarlo al nuovo voltaggio. E cosi’ mi sono armato di un po’ di coraggio e ho cominciato a studiare il modo di accedere all’ interno.

Non c’e’ voluto molto: sul fondo del contenitore c’era un ribattino di alluminio che fungeva da sigillo di sicurezza. Rimosso il ribattino e raddrizzate quattro piccole orecchie di lamiera, la preziosa scatola si e’ aperta rivelando i suoi segreti.

Il trasformatore Marklin e’ in pratica un Variac cioe’ un trasformatore in cui il rapporto spire tra primario e secondario puo’ essere variato per mezzo di un pattino (Figura 2) che scorre sull’ avvolgimento del secondario.

Variando il rapporto spire tra primario e secondario si ottiene una variazione della tensione in uscita.. Quando il cursore rosso viene spostato, il pattino ad esso collegato scorre lungo l’ avvolgimento del circuito secondario permettendo di ottenere la variazione di tensione e quindi della velocita’ del convoglio.

Sempre osservando la figura 2 si puo’ notare il filo rosso collegato al pattino. Esso e’ collegato alla boccola di uscita rossa, appunto quella che porta la tensione alla terza rotaia.

 

Figura 2 Gli elementi che variano la tensione in uscita.

Il nostro personaggio pero’ e’ pieno di risorse e presenta qualche altro elemento interessante.

Quello strano arco che si nota sopra l’ avvolgimento secondario e che possiamo meglio apprezzare in Fig.3, ad esempio, svolge un’ altra importante funzione per la nostra ferrovia.

L’ arco e’ collegato alla estremita’ dell’ avvolgimento secondario e permette di generare la sovratensione necessaria a provocare l’ eccitazione del rele’ per l’inversione di marcia.

Non e’ possibile fotografare l’ interno del trasformatore. Tuttavia non e’ difficile immaginarne il funzionamento.

Premendo sull’ estremita’ inferiore del cursore rosso, il pattino si solleva dall’ secondario e va a toccare l’ arco superiore applicando alla boccola di uscita la sovratensione necessaria a comandare il rele’ di inversione di marcia..

 

Figura 3 Il terminale per la tensione di commutazione

Il tutto e’ molto semplice e quindi affidabile.

Sembrerebbe tutto finito qui ma il nostro personaggio ha ancora qualche meraviglia da mostrarci.

Nascosto sotto la protezione in cartone alla base del traferro c’e’ un piccolo ma geniale dispositivo (Fig.4) che in modo assolutamente discreto ha silenziosamente protetto gli utenti delle ferrovie Marklin : il circuito di protezione dai sovraccarichi.

Non ho utilizzato a caso la parola geniale e cerchero’ di spiegarVi il perche’.

Anzitutto vediamo di capire il funzionamento.

Il dispositivo di protezione e’ inserito in serie al circuito di alimentazione, a monte dell’avvolgimento primario del trasformatore.

E’ costituito da una resistenza avvolta su un supporto bimetallo dalla caratteristica forma ad “U”.

Tale supporto e’ costruito accoppiando due pezzi di metallo aventi diverse caratteristiche di dilatazione termica. I due pezzi di metallo sono intimamente collegati cosi’ che se si provoca una variazione di temperatura si ottiene una deformazione dell’ archetto. Nel nostro dispositivo la deformazione che si ottiene per la variazione di temperatura viene sfruttata per provocare l’ interruzione del circuito che collega la rete elettrica al primario del trasformatore, proteggendo quindi le utenze collegate al trasformatore.

 

Figura 4 Il dispositivo di protezione

Tutto chiaro , tuttavia e’ lecito porsi una domanda : chi provoca l’ aumento di temperatura che fa scattare la protezione ?

Semplice c’e’ una resistenza elettrica avvolta interno all’ archetto (Fig.5) che e’ percorsa dalla corrente che va ad alimentare il primario.

La corrente che percorre la resistenza produce calore ( effetto Joule). Se la corrente, a causa di un sovraccarico, aumenta al di sopra del limite previsto per il funzionamento corretto la resistenza aumenta il calore dissipato e questa situazione, se si protrae oltremisura, provoca lo scatto del circuito e la disinserzione del trasformatore.

 

Figura 5 la resistenza di riscaldamento

I piu’ esperti tra i lettori avranno sicuramente da porre una obiezione: se la situazione di sovraccarico venisse rimossa la resistenza diminuirebbe il calore disperso, l’ archetto si raffredderebbe e tornerebbe in posizione normale rispristinando il funzionamento corretto.

Invece e’ esperienza comune che, se scatta la protezione, dobbiamo scollegare la presa di alimentazione per ripristinare il funzionamento!

Molto bene . Infatti le normative di sicurezza prevedono che l’ intervento di un circuito di protezione possa essere annullato solo dall’ intervento esplicito dell’ utilizzatore . E’ assolutamente escluso che il ripristino del circuito possa essere automatico.

La ragione e’ abbastanza ovvia: se interviene un dispositivo che segnala una anomalia, l’ utilizzatore dovrebbe, come misura minima, accertarsi del motivo dell’ intervento della protezione ed eliminarne la causa, se ancora presente, prima di rimettere in funzione l’ apparato protetto.

Bene il nostro piccolo genio opera proprio cosi’: in caso di intervento toglie l’ alimentazione al primario del trasformatore ( funzione di protezione) ma provvede ad alimentare la resistenza in modo che continui a generare il calore necessario a tenere l’ archetto deformato. A questo punto solo togliendo l’ alimentazione di rete si puo’ ottenere, con il raffreddamento della resistenza, lo scatto dell’ archetto e quindi la possibilita’ di ripristinare il funzionamento normale.

 

Figura 6 Le boccole di uscita

Permettetemi, a questo punto, di concludere la descrizione riportando un piccolo aneddoto personale.

Recentemente ho dovuto occuparmi della procedura di omologazione di una apparecchiatura. La normativa che ho dovuto utilizzare presentava una richiesta particolarmente rigida proprio riguardante la certificazione del trasformatore che veniva utilizzato.

E’ stato con grande sorpresa che il fornitore del trasformatore mi ha suggerito l’ impiego di un dispositivo di protezione che replica funzionalmente quello inserito nel trasformatore Marklin.

Il supporto in ceramica e’ ora sostituito da un particolare in tecnopolimero, ma il principio funzionale e’ invariato.

Possiedo questo glorioso trasformatore blu dal 1959 circa e scoprire che in esso e’ stata utilizzata una tecnologia valida ancor oggi, a distanza di mezzo secolo, mi ha fatto ulteriormente apprezzare i contenuti tecnici della produzione Marklin.

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