Transformatori su najprepoznatljivija oprema u elektroenergetskim sustavima. Oni su veliki, karakteristični, jednostavni u principu, ali zahtijevaju puno održavanja, zbog čega se doimaju puno značajnijima od 'kablova'. Na dijagramu elektroenergetske mreže transformatori su poput čvorišta okosnice, dok ostala oprema služi kao njihova veza.

Ovaj će članak predstaviti komponente, principe, funkcije, klasifikaciju i scenarije primjene transformatora.

1. Sastav transformatora

Transformator se uglavnom sastoji od jezgre i namota.

Jezgra služi kao put magnetskog kruga transformatora, dok su namoti dio električnog kruga, izrađen namotavanjem određenog broja zavoja žice obložene-caklinom.

Onaj spojen na izvor napajanja naziva se primarni namot, poznat i kao primarni svitak. Onaj spojen na opterećenje naziva se sekundarni namot, poznat i kao sekundarni namot ili sekundarni bočni namot.

Osnovni oblici jezgrenih struktura jesu jezgra-u obliku srca i ljuska.

• Transformator s jezgrom-u obliku srca

Stupovi transformatora s jezgrom-tipa okruženi su namotima. Jednostavno rečeno, namoti okružuju jezgru, čineći strukturu relativno jednostavnom i lakšom za sastavljanje i izolaciju, zbog čega transformatori često koriste strukturu tipa jezgre-.

• Transformator tipa -ljuske

U transformatoru -ljuskastog tipa, jezgra okružuje namot. Oklopni-transformatori imaju visoku mehaničku čvrstoću i izbočene kutove, ali njihov je proizvodni proces složen i zahtijeva više materijala. Obično se koriste samo u nisko-naponskim, visoko-strujnim transformatorima ili energetskim transformatorima malog-kapaciteta.

2.Osnovni princip rada transformatora

Transformator radi na principu elektromagnetske indukcije.

Kad se na oba kraja primarnog namota spoji odgovarajuće izmjenično napajanje, pod djelovanjem napona napajanja u₁, izmjenična struja i₀ teče kroz primarni namot stvarajući magnetomotornu silu u primarnom namotu. To pobuđuje izmjenični magnetski tok ϕ u jezgri. Ovaj izmjenični tok ϕ povezuje primarni i sekundarni namot. Prema zakonu elektromagnetske indukcije, inducirane elektromotorne sile npr₁i e₂generiraju se u primarnom i sekundarnom namotu. Pod utjecajem inducirane elektromotorne sile e₂, sekundarni namot može napajati opterećenje, postižući prijenos energije.

Omjer induciranih elektromotornih sila u primarnom i sekundarnom namotu jednak je omjeru broja zavoja u primarnom i sekundarnom namotu. Veličina inducirane elektromotorne sile e₁na primarnoj strani je blizu dovedenog napona u₁na primarnoj strani, dok je veličina inducirane elektromotorne sile e₂na sekundarnoj strani je blizu izlaznog napona u₂na sekundarnoj strani.

Stoga se jednostavnom promjenom broja zavoja u primarnom ili sekundarnom namotu jednom ili dva puta, izlazni napon u₂može se prilagoditi. Ovo je osnovni princip rada transformatora, koji koristi princip elektromagnetske indukcije za pretvaranje izvora izmjenične struje jedne razine napona u izvor izmjenične struje iste frekvencije, ali različite razine napona.

2.Osnovne funkcije transformatora

Osnovne funkcije transformatora uključuju pretvorbu napona, pretvorbu struje, pretvorbu impedancije, izolaciju i regulaciju napona.

Transformacija napona: Transformatori mogu povećati ili smanjiti napon izmjenične struje kako bi zadovoljili različite potrebe za električnom energijom. Na primjer, stepenasti-transformator koristi se za povećanje napona iz elektrane kako bi se smanjio gubitak energije tijekom prijenosa, dok se stepena-niži transformator koristi za snižavanje visokog napona na siguran napon uporabe.

Transformacija struje: Promjenom napona transformator također mijenja i struju. Prema zakonu održanja snage, kada napon raste, struja opada i obrnuto. Ova karakteristika čini transformatore vrlo važnima u prijenosu električne energije, budući da mogu učinkovito upravljati strujnim opterećenjima.

Transformacija impedancije: Transformatori mogu promijeniti impedanciju kruga, čineći ga prikladnijim za različite uvjete opterećenja. Ovo je posebno važno kod audio opreme i drugih elektroničkih uređaja jer može poboljšati učinkovitost prijenosa signala.

Izolacija: Transformatori mogu osigurati električnu izolaciju, štiteći sigurnost opreme i korisnika. Ova izolacija može spriječiti da visoki napon ošteti-niskonaponsku opremu, osiguravajući siguran rad opreme.

Regulacija napona: Određeni tipovi transformatora (kao što su reaktori koji se mogu zasititi) mogu se koristiti za regulaciju napona, pomažući u održavanju stabilnosti napona i osiguravajući pouzdanost i stabilnost elektroenergetskog sustava.

4.Klasifikacija transformatora

4.1 Klasificirano prema kapacitetu

• Mali transformator: napon ispod 10KV, kapacitet između 1 i 500KVA.

• Transformatori male i srednje-veličine: napon od 35 kV i manji, kapacitet od 630 do 6300 kVA.

• Veliki transformatori: napona od 110 kV i niže, kapaciteta između 8000 i 63000 kVA.

4.2 Klasificirano prema uporabi

• Energetski transformator: Koristi se za pojačavanje, snižavanje, distribuciju i međusobno povezivanje u sustavima prijenosa i distribucije električne energije ili se posebno koristi kao transformatori za elektrane i trafostanice.

• Mjerni transformatori: kao što su naponski transformatori i strujni transformatori, koji se koriste za mjerne instrumente i relejne zaštitne uređaje.

• Energetski transformator: koristi se za upravljanje napajanjem, rasvjetom i indikatorima opće mehaničke opreme.

• Elektronički transformator: koristi se u elektroničkim krugovima kao -napajanja s prekidačem, audio, puls i usklađivanje impedancije.

• Ispitni transformator: sposoban generirati visoki napon za provođenje-ispitivanja visokog napona na električnoj opremi.

• Specijalni transformatori: kao što su transformatori za električne peći, transformatori za ispravljanje, transformatori za regulaciju napona itd.

4.3Klasificira se prema broju faza namota transformatora

• Jedno-fazni transformator: koristi se za jedno-fazna opterećenja i tro-fazne grupe transformatora.

• Tro-fazni transformator: Koristi se za povećanje ili smanjenje napona u trofaznim-sustavima.

4.4 Klasificirano prema metodi hlađenja transformatora

• Suhi-transformator: Hlađen zračnom konvekcijom, općenito se koristi za male{1}}transformatore kao što su lokalna rasvjeta i elektronički sklopovi.

• Transformator-uronjen u ulje: Transformator koji koristi transformatorsko ulje kao izolacijski i rashladni medij, s jezgrom i namotima potpuno uronjenim u izolacijsko ulje.

4.5 Klasificirano prema vrsti spoja namota transformatora

• Transformator s dvostrukim{0}}namotom: Koristi se za povezivanje dviju naponskih razina u elektroenergetskom sustavu.

• Transformator s tri{0}}namota: općenito se koristi u regionalnim trafostanicama elektroenergetskog sustava za povezivanje tri naponske razine.

• Autotransformator: Primarni i sekundarni namot spojeni su u jedan, koji se koristi za spajanje elektroenergetskih sustava različitih napona. Također se može koristiti kao obični stepeni{1}}gore ili step{2}}niži transformator.

4.6 Klasificirano prema radnoj frekvenciji transformatora

• Transformator energetske frekvencije: njegova radna frekvencija je 50 Hz ili 60 Hz.
• Transformator srednje frekvencije: njegova radna frekvencija je 400–1000Hz.
• Audiofrekventni transformator: njegova radna frekvencija je 20Hz–20kHz.

• Nadzvučni frekvencijski transformator: Njegova radna frekvencija je iznad 20 kHz, općenito ne prelazeći 100 kHz.

• Visok{0}}transformator: Transformator s radnom frekvencijom u rasponu od 20 Hz do preko 100 kHz.

5.Scenariji primjene transformatora

5.1 Sustav napajanja

• Elektrane: Transformatori se koriste za povećanje napona koji generiraju generatori za prijenos u električnu mrežu, omogućujući-prijenos električne energije na velike udaljenosti.

• Trafostanice: u trafostanicama transformatori pretvaraju-električnu energiju visokog napona u-električnu energiju niskog napona kako bi zadovoljili potrebe različite električne opreme. Istodobno, transformatori također mogu obavljati funkcije kao što su kompenzacija jalove snage i podešavanje napona, osiguravajući stabilan rad elektroenergetskog sustava.

• Prijenosne linije: u prijenosnim vodovima transformatori se koriste za povećanje napona kako bi se smanjio gubitak energije, čime se postiže učinkovit-prijenos električne energije na velike udaljenosti.

5.2Civilni sektor

• Električna energija za kućanstvo: energetski transformatori pretvaraju-električnu energiju visokog napona u-električnu energiju niskog{1}}napona prikladnu za kućnu upotrebu, osiguravajući normalnu potrošnju električne energije za stanovnike.

• Punjenje baterija: Bilo da se radi o prijenosnom računalu, telefonu ili električnom vozilu, ovi uređaji zahtijevaju baterije za rad, a punjenje baterija zahtijeva transformator. Glavna funkcija transformatora je reguliranje napona i sprječavanje prolaska struja curenja ili udarnih struja kroz uređaje.

5.3 Komunikacijsko polje

Komunikacijski transformatori koriste se u sklopovima telefonskih terminala i proizvodima za magistralne linije za regulaciju kvalitete i stanja komunikacijskih krugova. Osim toga, komunikacijski transformatori naširoko se koriste u kabelskim modemima, mrežnim karticama, čvorištima, xDSL širokopojasnoj komunikacijskoj opremi, sklopkama, optičkim primopredajnicima, usmjerivačima, ugrađenim sustavima i VoIP mrežnim komunikacijskim uređajima.

5.4 Ostale posebne primjene

• Audio oprema: Audio transformatori se obično koriste za pružanje izolacije za signale koji teku kroz strujni krug i pomažu u usklađivanju vrijednosti impedancije izvora i opterećenja. Također mogu eliminirati neželjene ili šumne signale i filtrirati ulazni signal. Ovi tipovi transformatora posebno su dizajnirani za rukovanje signalima unutar čujnog raspona, to jest signalima s frekvencijama između 20Hz i 20kHz.

• Mjerni instrumenti: Mjerači struje, mjerači napona i razni drugi mjerni alati i uređaji obično koriste transformatore za opći rad. Na primjer, mjerni strujni transformatori osiguravaju potrebnu sigurnost za krug tako što izoliraju mjerni uređaj od ostatka strujnog kruga i potiskuju ili smanjuju velike struje na optimalne vrijednosti prije nego što ih dovedu do ampermetra.

• Ispravljanje: transformatori ispravljača mogu pretvarati izmjeničnu struju u istosmjernu, s aplikacijama koje uključuju kontrolu motora, rudarstvo, električne peći, laboratorije za istraživanje i razvoj, visoko{0}}naponski istosmjerni prijenos i još mnogo toga.