Transformátor je statické elektromagnetické zařízení, které je určeno k přeměně (transformaci) střídavého napětí jeho zvyšováním nebo snižováním. Lze jej také použít ke změně počtu fází a méně často ke změně frekvence střídavého proudu.
Elektrická energie se obvykle přenáší na dlouhé vzdálenosti při napětí, které je několikanásobně vyšší než úroveň napětí používaná domácími spotřebiteli. Použití transformátorů zlepšuje kvalitu procesu přenosu elektrické energie a umožňuje snížit ztráty vznikající v sítích.
Zařízení a princip činnosti
Transformátor konstrukčně sestává ze dvou (nebo více) vinutí a jádra, které se také nazývá magnetický obvod. Napětí je přivedeno na zařízení na primárním vinutí a již převedené napětí je odstraněno ze sekundárního vinutí. Vinutí jsou navzájem spojena střídavým magnetickým polem, které je v jádru vytvářeno napětím přiváděným do primárního vinutí.
Typy transformátorů
- Napájení;
- měření;
- nízký výkon;
- puls;
- špičkové transformátory.
Ztráty
Přenos elektřiny z primárního na sekundární je vždy doprovázen ztrátami.
V transformátoru nejsou žádné rotující součásti, a proto ani žádné mechanické ztráty. V jednotce však dochází ke ztrátám mědi vinutí v důsledku přítomnosti elektrického proudu ve vinutí odpor, stejně jako magnetické ztráty v oceli jádra v důsledku výsledných vířivých proudů a obrácení magnetizace.
Z těchto důvodů se nepřenáší veškerá energie, ale pouze její většina.
Účinnost a způsoby, jak ji zvýšit
Jako každý jiný převaděč energie má transformátor koeficient výkonu (COP), který charakterizuje účinnost jeho provozu.
Účinnost je poměr výkonu, který odebírá užitečné zatížení jednotky, k výkonu, který odebíraný transformátor odebírá ze sítě. Účinnost lze vyjádřit také jako poměr efektivně použité energie k energii spotřebované v systému.
Protože transformátor je pasivní převodník energie, jeho účinnost je vždy menší než jednota (η <1). To znamená, že energie spotřebovaná zátěží připojenou k sekundárnímu vinutí je vždy menší než energie spotřebovaná nabitým zařízením ze systému.
Existuje řada způsobů, jak zlepšit účinnost, primárně zaměřených na snižování ztrát. Například pro snížení ztrát mědi je nutné zvýšit průřez vodičů vinutí. A snížení ztrát v důsledku reverzace magnetizace lze dosáhnout při použití měkké magnetické oceli s určitým složením a strukturou pro jádro.
Aby se snížily ztráty vířivými proudy, mělo by se magnetické jádro shromažďovat ze samostatných, od sebe oddělených ocelových tyčí. Křemík lze také použít jako přísadu do materiálu magnetického obvodu.