Transformator je statična elektromagnetna naprava, ki je zasnovana za pretvorbo (pretvorbo) izmenične napetosti s povečevanjem ali zmanjševanjem. Uporablja se lahko tudi za spreminjanje števila faz in redkeje za spreminjanje frekvence izmeničnega toka.
Električna energija se običajno prenaša na velike razdalje pri napetostih, ki so nekajkrat višje od ravni napetosti, ki jo uporabljajo domači potrošniki. Uporaba transformatorjev izboljšuje kakovost procesa prenosa električne energije in zmanjšuje izgube v omrežjih.
Naprava in načelo delovanja
Transformator je strukturno sestavljen iz dveh (ali več) navitij in jedra, ki se imenuje tudi magnetno vezje. Naprava deluje na napetost na primarnem navitju in že pretvorjena napetost se odstrani iz sekundarnega navitja. Naviti so med seboj povezani z izmeničnim magnetnim poljem, ki ga v jedru ustvarja napetost, ki se napaja na primarno navitje.
Vrste transformatorjev
- moč;
- meriti;
- majhna moč;
- pulz;
- vršni transformatorji.
Izgube
Prenos električne energije s primarne na sekundarno vedno spremljajo izgube.
V transformatorju ni vrtljivih komponent in s tem mehanskih izgub. Vendar pa v enoti pride do izgub v bakru navitij zaradi prisotnosti v navitjih električnega toka odpornost, pa tudi magnetne izgube v jeklu jedra zaradi nastalih vrtinčnih tokov in obrat magnetizacije.
Iz teh razlogov se ne prenaša vsa energija, temveč le večina.
Učinkovitost in načini za njegovo povečanje
Tako kot kateri koli drug pretvornik energije ima tudi transformator koeficient učinkovitosti (COP), ki označuje učinkovitost njegovega delovanja.
Učinkovitost je razmerje med močjo, ki jo porabi tovor enote, in močjo, ki jo obremenjeni transformator črpa iz omrežja. Učinkovitost lahko izrazimo tudi v razmerju med učinkovito porabljeno in porabljeno energijo iz sistema.
Ker je transformator pasivni pretvornik energije, je njegov izkoristek vedno manjši od enot (η <1). To pomeni, da je moč, ki jo porabi obremenitev, priključena na sekundarno navitje, vedno manjša od moči, ki jo porabi naprava iz sistema.
Obstaja več načinov za izboljšanje učinkovitosti, katerih cilj je predvsem zmanjšanje izgub. Na primer, da bi zmanjšali izgube bakra, je treba povečati prerez žic navitja. In zmanjšanje izgub pri preusmeritvi magnetizacije je mogoče doseči z uporabo mehkega magnetnega jekla z določeno sestavo in strukturo jedra.
Da bi zmanjšali izgube vrtinčnega toka, je treba magnetno jedro zbrati iz ločenih, med seboj izoliranih jeklenih palic. Tudi silicij lahko uporabimo kot dodatek v materialu magnetnega vezja.