Transformator - działanie, wzory

Transformator - (z łac. transformare - przekształcać) – urządzeniem elektrycznym służącym do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego na układ napieć i prądów o innych z reguły wartościach, lecz o tej samej częstotliwości drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego. Zmiana ta odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego.

Oba obwody mogą być odseparowane galwanicznie - co oznacza, że nie ma połączenia elektrycznego pomiędzy uzwojeniami, a energia przekazywana jest przez pole magnetyczne.

Transformator zbudowany jest z dwóch lub więcej cewek (zwanych uzwojeniami) nawiniętych na wspólny rdzeń magnetyczny wykonany zazwyczaj z materiału ferromagnetycznego.

Jedno z uzwojeń (zwane pierwotnym) podłączone jest do źródła prądu przemiennego, powoduje to przepływ w nim prądu przemiennego. Przemienny prąd wywołuje powstanie zmiennego pola magnetycznego, pole to przenika przez pozostałe cewki (zwane wtórnymi) i w wyniku indukcji elektromagnetycznej powstanie w nich zmiennej siły elektromotorycznej (napięcia).

Dla transformatora idealnego (pomijalny jest opór uzwojeń oraz pojemności między zwojami uzwojeń, cały strumień magnetyczny wytworzony w uzwojeniu pierwotnym przenika przez uzwojenie wtórne) obowiązuje wzór:
gdzie:
U - napięcie elektryczne
I - prąd elektryczny
n - liczba zwojów
wej - strona pierwotna (stosuje się również oznaczenie 1)
wyj - strona wtórna (stosuje się również oznaczenie 2)

Ze względu na zastosowanie transformatory można podzielić na trzy podstawowe grupy:
- Transformatory energetyczne – stosowane przy przesyłaniu i rozdzielaniu energii elektrycznej (zwane transformatorami mocy)]
- Transformatory małej mocy – stosowane w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych w automatyce, łączności i technice
- Transformatory specjalne – budowane dla różnych celów specjalnych, np. przekładniki pomiarowe, transformatory spawalnicze, probiercze, piecowe, prostownikowe, bezpieczeństwa itd.

Istnieją też transformatory, w których jedno uzwojenie jest częścią drugiego (autotransformatory), o większej liczbie uzwojeń oraz o wielu wyprowadzeniach z tego samego uzwojenia.

Uzwojeń może być kilka, często spotyka się transformatory o np. dwóch dolnych napięciach lub trzech różnych.

W systemach prądu wielofazowego (np. trójfazowego) stosuje się transformatory wielofazowe (trójfazowe). W transformatorach takich rdzenie poszczególnych faz mogą mieć części wspólne. Nie jest to jednak warunek konieczny, ponieważ np. w sieciach wysokiego napięcia stosuje się transformatory jednofazowe (po jednym na każdą fazę).

Transformatory elektroenergetyczne dla niskich napięć izolowane są powietrzem, dla wyższych stosuje się olej transformatorowy, pełniący równocześnie funkcje chłodzące. Dodatkowo, transformatory dużej mocy wyposażone są w radiatory oraz wentylatory jak również w rozbudowane systemy zabezpieczeń.

W żargonie technicznym lub języku potocznym nazwa transformator jest czasem zastępowana niepoprawną, skrótową nazwą trafo.