Perché il magnete funziona anche sul contatore elettronico

April 10th, 2013 by mattia | Filed under contatore elettrico, magnete, truffe.

Torno un attimo sul discorso, che avevo già affrontato, del sabotaggio del contatore dell'elettricità tramite un magnete.
Lo faccio perché l'argomento genera molto interesse (non passa giorno che non riceva visite di persone che cercano "magnete per contatore", "modifica contatore calamita", "dove comprare il magnete per il contatore", "contatore luce dove mettere il magnete", e così via).

Leggendo qua e là ò notato qualche informazione scorretta riguardo questa tecnica.
Qualcuno dice, in buona sostanza, che non è possibile bloccare il contatore dell'elettricità con il magnete se il contatore è di tipo "elettronico". Era possibile con il vecchio contatore analogico, quello col disco che girava, ma con quello elettronico non si può più fare.

Ecco, non è così.
Questa credenza si basa sul fatto che il contatore elettronico non à il disco che gira perciò non lo si può bloccare.
Questo di per sé è vero: il contatore elettronico non à organi in movimento, quindi non c'è nulla da bloccare.
Il magnete però funziona ugualmente. Funziona però usando un diverso meccanismo.

Per capirlo dobbiamo entrare un attimo dentro il contatore. La corrente elettrica che assorbiamo nelle nostre abitazioni è troppo elevata per essere misurata direttamente. Per misurarla bisogna prima ridurla con un trasformatore di corrente e poi, una volta che l'abbiamo ridotta a un valore accettabile, la possiamo misurare in sicurezza.

Per ridurla si usa, come dicevo, un trasformatore di corrente.
In generale, un trasformatore è un dispositivo che si usa per aumentare/diminuire una tensione/corrente.
Ce ne sono di enormi e di piccolini. Pensate ai grandi trasformatori che riducono progressivamente l'"alta tensione" giù fino ai 230 V che arrivano a casa nostra. Oppure ai piccoli trasformatori negli alimentatori che abbassano la tensione a pochi volt per molti elettrodomestici.

Un trasformatore, molto sinteticamente, è costituito da un nucleo magnetico con due avvolgimenti, un primario e un secondario.
Siccome sono pigro prendo l'immagine da wikipedia:



I due avvolgimenti ànno diverso numero di spire, il primario Np e il secondario Ns.
Come funziona?
Be', è molto semplice: tu connetti una tensione Vp all'avvolgimento primario che assorbe una corrente Ip. Nel nucleo magnetico inizia perciò a correre un flusso magnetico che così arriva dall'altra parte al secondario. E ci passa dentro, il flusso magnetico, nell'avvolgimento secondario.
Passandoci dentro genera magicamente una tensione Vs all'avvolgimento secondario.

La cosa interessante è che questa tensione dipende dal numero di spire Ns del secondario. Se ad esempio il secondario à metà spire del primario Vs sarà la metà di Vp.
Quindi se vuoi dividere la tensione di un fattore 10, farai un avvolgimento secondario con un decimo di spire del primario (ossia Ns=Np/10).

La tensione in uscita dunque dipende dal rapporto Ns/Np. Più spire à il secondario e più alta è la tensione in uscita, meno spire à il secondario e più la tensione è bassa.

Ciò significa che puoi anche aumentarla la tensione: basta che al secondario metti 20.000 spire e al primario solo 200 spire, ad esempio, e in uscita avrai una tensione 100 volte maggiore di quella in entrata.

Fino ad ora abbiamo visto la tensione, ma noi parlavamo di corrente, giusto?
Ecco, la corrente si comporta in maniera opposta.
Se diminuisco la tensione aumento la corrente, se aumento la tensione diminuisco la corrente.
L'importante è che il prodotto tensione x corrente, ossia la potenza, rimanga invariato.
Se aumenti la tensione di 10 allora la corrente diventerà un decimo, così che la potenza rimanga la stessa (visto che la potenza non la puoi creare dal nulla).

Ed è proprio questo che si fa nei trasformatori di corrente: il primario à poche spire (spesso una sola!) e il secondario à tante spire. Così aumento la tensione ma diminuisco la corrente.
Che era proprio quello che volevo: diminuire la corrente per renderla più facilmente misurabile.

 

Dei trasformatori di corrente in un contatore trifase

Dei trasformatori di corrente in un contatore trifase



Bene, ma cosa c'entra la storia del magnete in tutto questo?

C'entra perché tramite un magnete possiamo bloccare il meccanismo con il quale lavora il trasformatore.
Dicevo prima che il trasformatore funziona perché il flusso magnetico generato dal primario circola nel nucleo, e - lo vedete dalla figura - passa anche attraverso l'avvolgimento secondario.
Passando nel secondario genera la tensione secondaria.
Non la genera però con un barbatrucco o una magia. Il flusso genera una tensione tramite la legge di induzione: la tensione - dice questa legge - è pari a meno la derivata del flusso per il numero di spire.
Il flusso dunque non può essere costante. Perché se il flusso è costante la sua derivata è zero, e quindi anche la tensione in uscita è zero.
Se invece il flusso varia col tempo allora si genera una tensione nel secondario.

Il sabotaggio avviene proprio sfruttando questa proprietà: si cerca di fare in modo che il flusso non vari più col tempo ma resti costante.
Può essere anche a un valore altissimo, non importa. La tensione in uscita dipende dalla derivata del flusso.
Se il flusso è altissimo ma costante la tensione indotta è zero.
In pratica il trasformatore smette di funzionare come trasformatore, perché non trasforma più un bel niente.

Come si fa dunque a fare in modo che il flusso sia costante se la tensione in ingresso varia sempre coi suoi 50 Hz?
Si usa, appunto, un magnete.
Un magnete abbastanza "forte" da saturare il nucleo.

Il nucleo infatti è fatto di materiale ferromagnetico, la cui caratteristica B-H è come questa:

Curva d'isteresi di un trasformatore di corrente presa da un poster a caso sui muri del mio dipartimento.

Curva d'isteresi di un trasformatore di corrente presa da un poster a caso sui muri del mio dipartimento.



Semplificando brutalmente in una situazione normale funziona così:

trasformatore corrente 2

Se però avvicino un magnete aggiungo un campo magnetico che satura il nucleo, quindi in uscita non ò più niente anche se l'ingresso è lo stesso, perché il valore del flusso è molto alto (il massimo del nucleo) ma è costante, quindi non induce alcunché nell'avvolgimento secondario:

trasformatore corrente 3

Se riesci dunque a saturare il nucleo il trasformatore non trasforma più niente. La tensione indotta al secondario è zero e quindi anche la corrente.

Così il contatore crederà che state assorbendo una corrente pari a zero, come se tutti i vostri dispositivi fossero spenti.

Ora che avete capito come funziona il trucchetto non correte però a mettere magneti sul contatore.

1) perché è illegale, state truffando chi vi fornisce un servizio. Non si fa.

2) perché non è così semplice da fare.
Non solo servono magneti molto forti (tipo quelli al NdFeB) ma devono avere anche forma opportuna affinché il suo effetto si senta fin dentro al contatore, dove c'è il trasformatore di corrente.

Inoltre non è così facile da fare perché i costruttori dei contatori non sono dei pirla e ovviamente cercano di combattere questo fenomeno usando  trasformatori di correnti coi nuclei particolarmente difficili da saturare (in alcuni casi si prova anche a schermare il trasformatore ma schermare costa un occhio della testa quindi si evita).

3) perché in alcuni modelli di contatore a lettura remota sono installati sensori di campo magnetico (che costano due lire) che si accorgono se viene applicato un campo magnetico mostruosamente inusuale e identificano così il vostro tentativo di fottere il contatore con un magnete. Così mandano la segnalazione di tentato sabotaggio del contatore all'azienda che viene a controllare e se scopre che avete sabotato il contatore vi fa un culo quadro.

4) perché sabotare un dispositivo di misura porta sfiga. Stronzi.

Piesse: mi scuso per le estreme semplificazioni, fatte per rendere godibile il post a un pubblico generalista.

 

15 Responses to “Perché il magnete funziona anche sul contatore elettronico”

  1. Claiudio says:

    Per me rimane comunque un mistero su come funzioni un trasformatore.
    Il mio problema è quando il trasformatore funziona a vuoto: morsetti al secondario aperti e corrente al primario nulla (trasformatore ideale).
    Però per la legge di Faraday, all’interno del nucleo ferromagnetico è comunque presente un flusso H, quindi un flusso B.
    E tale valore è sempre quello massimo di progetto, vicino al ginocchio.

    Ma allora, come si trasferisce la potenza dal primario al secondario, quando le correnti non sono nulle ?
    Come varia il modulo del flusso H e B, mentre si aumenta la potenza trasferita ?

    Insomma, dove sto sbagliando ?

  2. Luca says:

    Perché sabotare un dispositivo di misura porta sfiga. Stronzi.

    Il karma deve aver punito un sacco di adolescenti che hanno barato con il righello chiusi in bagno…

  3. mamoru says:

    che poi uno fa prima a bypassarlo il contatore…

    Comunque hai ragione: non si fa, ma penso sia insito nel dna italico fare quelli piu’ furbi che ne sanno di piu’ degli altri.

    Poi quando si viene sgamati orecchie basse e coda fra le gambe.

  4. camicius says:

    4) perché sabotare un dispositivo di misura porta sfiga. Stronzi.
    e fa diventare ciechi…

    Piesse: mi scuso per le estreme semplificazioni, fatte per rendere godibile il post a un pubblico generalista.
    Ha funzionato. L’ho capito anche io che di elettronica/magetismo et similia non ne capisco un’ostrega….

  5. mattia says:

    Claiudio,

    ti rispondo stasera, ché vado di fretta.
    Nel frattempo, prova a pensare al trasformatore nel suo circuito magnetico, anziché elettrico. Vedrai che è più facile da capire.

  6. camicius says:

    Scusa un dubbio:
    Ma questa cosa come è montata rispetto alla linea che poi finisce in casa?
    Il trasformatore che dici dove va a mettersi, rispetto alla coppia di fili che più o meno ininterrotta corre verso la casa?

    ciao
    Andrea

  7. clessidravuota says:

    Ma pensa! Sciocco io che per risparmiare mi attaccavo a monte del contatore…

    Disclaimer: gentili signori della fabbrica di elettricità la mia è solo una battuta.

  8. AlesSab says:

    @Claudio
    Quando connetti un circuito al secondario, in questo circola una corrente che, in accordo alla legge di Faraday-Lenz, si oppone alla causa che l’ha generata, ossia il flusso concatenato con l’avvolgimento secondario.
    Quindi questa corrente di reazione tenta si smagnetizzare il nucleo.

    Ovviamente così facendo, il flusso cambierebbe anche al primario, e quindi la tensione indotta sul relativo avvolgimento. Tuttavia questa tensione è fissata dal generatore che sta alimentando il nostro trafo. Quindi nel primario compare una componente di corrente che annulla l’effetto smagnetizzante della corrente al secondario. Si parla di corrente di contro-reazione.
    Questa componente della corrente primaria è legata alla corrente sul secondario dal rapporto di trasformazione.
    Quindi il flusso nel nucleo, alla fine della fiera, è sempre quello che avevi a vuoto!

    Ricorda però che al primario scorre anche la corrente magnetizzante, ovvero quella piccola corrente necessaria a stabilire il flusso magnetico nel nucleo del trasformatore. Questa corrente è assorbita anche a vuoto (dall’impedenza magnetizzante del circuito equivalente).

    Spero di essere stato chiaro.

  9. mattia says:

    Ricorda però che al primario scorre anche la corrente magnetizzante, ovvero quella piccola corrente necessaria a stabilire il flusso magnetico nel nucleo del trasformatore. Questa corrente è assorbita anche a vuoto (dall’impedenza magnetizzante del circuito equivalente).

    Aggiungo solo una cosa. Nel trasformatore ideale, a cui si riferiva Claiudio, la riluttanza del nucleo è nulla, cioè lascia passare il flusso liberamente senza opporsi ad esso. In tal caso non ti serve nemmeno la corrente magnetizzante, perché per una Riluttanza –> 0 anche la forza magnetomotrice necessaria a generare il flusso nel circuito magnetico –>0. È un po’ l’equivalente del corto circuito, in versione magnetica.

  10. mattia says:

    Scusa un dubbio:
    Ma questa cosa come è montata rispetto alla linea che poi finisce in casa?
    Il trasformatore che dici dove va a mettersi, rispetto alla coppia di fili che più o meno ininterrotta corre verso la casa?

    Mi sa che non ò capito la domanda. Sto parlando del contatore, il trasformatore di corrente è lì dentro, dentro in contatore.

  11. Claiudio says:

    @AlesSab & @mattia

    Quasi chiaro.

    Praticamente il trasferimento di potenza nel trasformatore, utilizzando invece l’analogia elettrica, è come per un generatore ideale di corrente e quello che varia è la riluttanza dovuta all’avvolgimento a secondario ?

  12. camicius says:

    Perdona l’ignoranza di un povero informatico: la domanda è sulla costruzione del contatore.
    Il contatore è sostanzialmente trasparente alla linea (ovvero 2 fili entrano, neutro e fase, 240 volt, e 2 fili escono, neutro e fase, 240 volt.
    Il misuratore (ovvero il trasformatore) sta in parallelo alla coppia fase/neutro o sta in serie alla fase (o al neutro)?

  13. AlesSab says:

    @Claiudio

    Il trasferimento di potenza avviene, come in un qualsiasi quadripolo, perché hai una tensione e una corrente non nulli al primario ed al secondario.
    Nel trasformatore ideale non hai perdite, ergo il loro prodotto (la potenza) è identico per i due avvolgimenti, per il principio di conservazione di cui parla Mattia.

    La potenza dipende dal carico che connetti al secondario.

    La considerazione che fai sulla riluttanza non l’ho capita: la riluttanza di un circuito magnetico dipende dai materiali e dalla sua geometria (anche temperatura e frequenza? bho non ricordo) e non cambia con i circuiti elettrici che vi sono avvolti.

  14. mattia says:

    (anche temperatura e frequenza? bho non ricordo)

    be’, se la temperatura del nucleo supera Curie la sua riluttanza varia. Molto. 😀

  15. Claiudio says:

    @AlesSab
    Lascio perdere la prima parte perché non è quello che mi interessa. Non voglio tirare dentro le correzioni per i trasformatori reali se non ho ancora capito quelli ideali.

    La considerazione che fai sulla riluttanza non l’ho capita: la riluttanza di un circuito magnetico dipende dai materiali e dalla sua geometria (anche temperatura e frequenza? bho non ricordo) e non cambia con i circuiti elettrici che vi sono avvolti.
    L’avvolgimento del secondario nel caso sia percorso da corrente, causa una caduta di tensione magnetica nel circuito magnetico. In questo intendevo che la riluttanza fosse variabile (meglio specificare: riluttanza equivalente): numero_spire*corrente=flusso_magnetico*riluttanza_equivalente

    In conclusione, se ho capito bene, il trasferimento di potenza nel nucleo del trafo non è dovuto dalla variazione del modulo del flusso magnetico (che mi era più facile da concepire. Più potenza, più linee di campo magnetico. Meno potenza, meno linee) MA dalla variazione della tensione magnetica al secondario.

    Il mio inghippo era che mi immaginavo una variazione del modulo del flusso, quando invece è il modulo della tensione magnetica a cambiare.
    Facendo un analogia con una rete elettrica, mi ostinavo a immaginare un generatore di tensione (tensione costante, corrente variabile), quando invece era un generatore di corrente.

    Spero di aver chiarito il mio precedente punto di vista sbagliato (e di aver capito come sia nella “realtà”)