Трансформаторът е статично електромагнитно устройство, което е предназначено да преобразува (трансформира) променливо напрежение чрез увеличаване или намаляване. Може да се използва и за промяна на броя на фазите и по-рядко за промяна на честотата на променлив ток.
Обикновено електрическата енергия се предава на големи разстояния при напрежение, което е няколко пъти по-високо от нивото на напрежение, използвано от битовите потребители. Използването на трансформатори подобрява качеството на процеса на предаване на електрическа енергия и позволява да се намалят загубите, възникващи в мрежите.
Устройство и принцип на действие
Трансформаторът конструктивно се състои от две (или повече) намотки и сърцевина, която също се нарича магнитна верига. Напрежението се прилага към устройството на първичната намотка и вече преобразуваното напрежение се отстранява от вторичната намотка. Намотките са свързани помежду си чрез променливо магнитно поле, което се създава в сърцевината от напрежението, подавано към първичната намотка.
Видове трансформатори
- мощност;
- измерване;
- ниска мощност;
- пулс;
- върхови трансформатори.
Загуби
Предаването на електроенергия от първичната към вторичната неизменно се придружава от загуби.
В трансформатора няма въртящи се компоненти и следователно няма механични загуби. Въпреки това, в блока възникват загуби в медта на намотките поради наличието в намотките на електрически съпротивление, както и магнитни загуби в стоманата на сърцевината поради получените вихрови токове и обръщане на намагнитването.
Поради тези причини не се пренася цялата енергия, а само по-голямата част от нея.
Ефективност и начини за увеличаване
Както всеки друг енергиен преобразувател, трансформаторът има коефициент на ефективност (COP), който характеризира ефективността на неговата работа.
Ефективността е съотношението на мощността, която полезният товар на устройството черпи към мощността, която натовареният трансформатор черпи от мрежата. Също така, ефективността може да бъде изразена чрез отношението на ефективно използваната енергия към консумираната от системата енергия.
Тъй като трансформаторът е пасивен преобразувател на енергия, неговата ефективност винаги е по-малка от единица (η <1). Това означава, че мощността, консумирана от товара, свързан към вторичната намотка, винаги е по-малка от мощността, консумирана от зареденото устройство от системата.
Има редица начини за подобряване на ефективността, насочени главно към намаляване на загубите. Например, за да се намалят загубите на мед, е необходимо да се увеличи напречното сечение на проводниците за навиване. И намаляване на загубите поради обръщане на намагнитването може да бъде постигнато при използване на мека магнитна стомана с определен състав и структура за сърцевината.
За да се намалят загубите поради вихрови токове, събирането на магнитното ядро трябва да се извършва от отделни, изолирани една от друга стоманени пръти. Също така силиций може да се използва като добавка в материала на магнитната верига.