I trasformatori toroidali sono ideali per l'isolamento elettrico delle apparecchiature mediche perché sono compatti, possono essere completamente incapsulati quando necessario e hanno bassi campi parassiti, il che li rende meno suscettibili di causare disturbi elettromagnetici.
Isolamento significa separare fisicamente ed elettricamente due parti di un circuito che possono interagire. L'isolamento si ottiene utilizzando l'accoppiamento del campo elettromagnetico tra i due circuiti.
Affinché un metodo di isolamento sia sufficientemente sicuro da poter essere utilizzato nelle apparecchiature mediche, è necessario che abbia due caratteristiche: componenti di isolamento ad alta integrità e una barriera isolante sicura. Ad esempio, un isolante può essere un pezzo di plastica, uno spazio di mantenimento in un PWB o un'intercapedine d'aria.
I tre metodi di isolamento più comunemente utilizzati sono optoaccoppiatori (luce), trasformatori (flusso magnetico) e accoppiatori capacitivi (campo elettrico).
L'isolamento offre diversi vantaggi in termini di sicurezza nelle apparecchiature mediche:
- interrompe i loop di terra
- migliora la reiezione della tensione di modo comune
- permette alle due parti del circuito di essere a livelli di tensione diversi, il che significa che un lato può essere sicuro mentre l'altro è a livelli di tensione pericolosi.
Ai fini della presente trattazione, ci concentreremo sull'utilizzo di trasformatori come metodo per isolare elettricamente le apparecchiature mediche.
Panoramica del trasformatore
A trasformatore è un dispositivo elettrico che trasferisce energia tra due o più circuiti attraverso l'induzione elettromagnetica.
I trasformatori vengono comunemente utilizzati per aumentare o diminuire le tensioni della corrente alternata nelle applicazioni di energia elettrica. Ciò avviene facendo passare una corrente variabile attraverso l'avvolgimento primario per generare un flusso magnetico nel nucleo del trasformatore.
Questo flusso induce una tensione nell'avvolgimento secondario del trasformatore. A seconda del rapporto tra gli avvolgimenti primari e quelli secondari, la tensione di uscita del trasformatore può essere aumentata o diminuita.
Per la maggior parte dei trasformatori progettati per l'uso in abitazioni o uffici, viene utilizzato uno dei due stili di trasformatori: Nucleo laminato EI o nucleo toroidale.
Costruzione del trasformatore E-I
In una struttura E-I, i componenti “E” e “I” corrispondenti sono stampati da fogli di acciaio elettrico a grana sottile che vengono successivamente impilati per creare il nucleo. Gli avvolgimenti primari e secondari sono avvolti su bobine. Per applicare gli avvolgimenti, più bobine vengono posizionate su mandrini e fatte girare.
Questo metodo di utilizzo delle bobine consente un'automazione che riduce i tempi di produzione e fornisce anche un isolamento tra gli avvolgimenti e il nucleo. Le laminazioni del nucleo EI sono impilate all'interno delle bobine per completare il trasformatore.
Costruzione del trasformatore toroidale
Il nucleo toroidale è costituito da una striscia continua di acciaio al silicio, che viene avvolta come una molla di orologio. Le estremità sono fissate in posizione con piccole saldature a punti, per evitare che l'acciaio arrotolato si srotoli. L'anima è isolata con un rivestimento epossidico o con una serie di cappucci o avvolgimenti multipli di pellicola isolante (come Mylar o Nomex).
Gli avvolgimenti del trasformatore sono applicati direttamente sul nucleo stesso. Per isolare gli avvolgimenti è necessario un isolamento supplementare.
Poiché gli avvolgimenti devono essere avvolti attraverso il foro centrale del nucleo e il nucleo è un pezzo unico, le bobine non possono essere utilizzate nei trasformatori toroidali. Questo rende la produzione dei trasformatori toroidali più laboriosa.
Se i trasformatori toroidali richiedono più lavoro e non si prestano all'automazione, perché vengono utilizzati? La risposta sta nelle prestazioni.
La striscia continua di acciaio utilizzata nel nucleo consente al trasformatore di essere più piccolo, più leggero, più efficiente e più silenzioso di un laminato EI. Queste qualità sono altamente desiderabili nelle apparecchiature elettriche mediche (e in molte altre applicazioni) e giustificano la spesa aggiuntiva.
Conclusione
I trasformatori toroidali sono ideali per l'isolamento elettrico delle apparecchiature mediche perché sono compatti e possono essere completamente incapsulati quando necessario. Inoltre, hanno un basso livello di campi parassiti e sono quindi meno suscettibili di causare disturbi elettromagnetici irradiati.
Nel nostro articolo successivo, approfondiremo il tema dei trasformatori toroidali di isolamento medicale e la loro progettazione.
Per saperne di più, consultate il nostro libro bianco. Miglioramento dei trasformatori di isolamento medicale con la tecnologia dei cappucci a nucleo segmentato
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