Wyobraź sobie świat bez transformatorów: linie wysokiego napięcia wznosiłyby się nad osiedlami, a mimo to nie dostarczałyby bezpiecznie energii elektrycznej do domów; urządzenia fabryczne ulegałyby ciągłym awariom z powodu niestabilnego napięcia; nawet ładowanie smartfona stałoby się problematyczne. To niepozorne urządzenie elektryczne jest w rzeczywistości niezbędnym kręgosłupem nowoczesnych systemów zasilania. Ten artykuł zawiera dogłębną analizę transformatorów, od podstawowych zasad po różne typy, oferując pełne zrozumienie tej krytycznej technologii.

Transformator to urządzenie elektryczne, które przenosi energię między obwodami za pomocą indukcji elektromagnetycznej. Zasadniczo służąc jako „konwerter napięcia”, może zwiększać lub zmniejszać napięcie, utrzymując w przybliżeniu stałą moc, umożliwiając wydajną transmisję i bezpieczne wykorzystanie energii elektrycznej. Transformatory składają się głównie z dwóch uzwojeń:

• Uzwojenie pierwotne:Łączy się ze źródłem zasilania prądem przemiennym, odbierając energię elektryczną.
• Uzwojenie wtórne:Łączy się z obciążeniem, dostarczając energię elektryczną.

Zmieniając stosunek liczby zwojów między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, napięcie można podwyższyć lub obniżyć. Gdy liczba zwojów uzwojenia wtórnego przekracza liczbę zwojów pierwotnych, napięcie wzrasta (transformator podwyższający); odwrotnie, napięcie maleje (transformator obniżający).

Działanie transformatora opiera się na prawie Faradaya, które mówi:

Gdy strumień magnetyczny przechodzący przez obwód zamknięty ulega zmianie, w obwodzie indukuje się siła elektromotoryczna (SEM), której wielkość jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia.

Wyrażone matematycznie jako:E = N dΦ/dtgdzie:

• E = Indukowana siła elektromotoryczna
• N = Liczba zwojów uzwojenia
• dΦ = Zmiana strumienia magnetycznego
• dt = Zmiana czasu

W szczególności, gdy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie pierwotne, generuje zmienne pole magnetyczne. To pole przenika uzwojenie wtórne, indukując SEM zgodnie z prawem Faradaya, tworząc w ten sposób prąd indukowany i umożliwiając przenoszenie mocy.

Transformatory występują w wielu odmianach, klasyfikowanych według wielu kryteriów. Poniżej analizujemy różne typy poprzez różne wymiary klasyfikacji, w tym poziom napięcia, materiał rdzenia, zastosowanie, konfigurację faz i środowisko instalacji.

Klasyfikacja oparta na napięciu daje trzy podstawowe typy:

• Transformator podwyższający:Przekształca niskie napięcie na wysokie, głównie do przesyłu na duże odległości w celu zmniejszenia strat w liniach.
• Transformator obniżający:Przekształca wysokie napięcie na niskie, głównie dla systemów dystrybucji i różnych urządzeń elektrycznych, aby spełnić różne wymagania dotyczące napięcia.
• Transformator izolacyjny:Utrzymuje równe napięcia pierwotne i wtórne, głównie do izolacji obwodów w celu ochrony sprzętu i personelu, jednocześnie tłumiąc szumy.

1.3 Transformatory izolacyjne

2. Według materiału rdzenia

Typ rdzenia

Ścieżka strumienia