Transformatoriai yra labiausiai atpažįstama elektros sistemų įranga. Jie yra dideli, išsiskiriantys, iš principo paprasti, tačiau reikalauja daug priežiūros, todėl atrodo daug svarbesni nei „kabeliai“. Elektros tinklo diagramoje transformatoriai yra kaip pagrindiniai mazgai, o kita įranga yra jų jungtys.

Šiame straipsnyje bus pristatyti transformatorių komponentai, principai, funkcijos, klasifikacija ir taikymo scenarijai.

1. Transformatoriaus sudėtis

Transformatorius daugiausia susideda iš šerdies ir apvijų.

Šerdis tarnauja kaip transformatoriaus magnetinės grandinės kelias, o apvijos yra elektros grandinės dalis, pagaminta apvyniojus tam tikrą skaičių emaliu dengtos vielos.

Apvija, prijungta prie maitinimo šaltinio, vadinama pirmine apvija, taip pat žinoma kaip pirminė ritė. Apvija, prijungta prie apkrovos, vadinama antrine apvija, dar vadinama antrine apvija, arba antrine šonine apvija.

Pagrindinės pagrindinių struktūrų formos yra širdies -formos šerdies tipas ir apvalkalo tipas.

• Širdies{0}}formos šerdies transformatorius

Šerdies -tipo transformatoriaus stulpeliai yra apsupti apvijų. Paprasčiau tariant, apvijos apgaubia šerdį, todėl konstrukcija yra gana paprasta, ją lengviau surinkti ir izoliuoti, todėl transformatoriams dažnai naudojama šerdies -tipo konstrukcija.

• Shell{0}}tipo transformatorius

Korpuso{0}}tipo transformatoriuje šerdis supa apviją. Shell-tipo transformatoriai turi didelį mechaninį stiprumą ir išsikišusius kampus, tačiau jų gamybos procesas yra sudėtingas ir reikalauja daugiau medžiagų. Paprastai jie naudojami tik žemos-įtampos, aukštos{5}}srovės transformatoriuose arba mažos-galios galios transformatoriuose.

2. Pagrindinis transformatoriaus veikimo principas

Transformatorius veikia remiantis elektromagnetinės indukcijos principu.

Kai tinkamas kintamosios srovės maitinimo šaltinis yra prijungtas prie abiejų pirminės apvijos galų, veikiant maitinimo įtampai u₁, kintamosios srovės i₀ teka per pirminę apviją, generuodamas magnetovaros jėgą pirminėje apvijoje. Tai sužadina kintamą magnetinį srautą ϕ šerdyje. Šis kintamasis srautas ϕ sujungia tiek pirminę, tiek antrinę apvijas. Pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį, indukuotos elektrovaros jėgos e₁ir e₂susidaro atitinkamai pirminėje ir antrinėje apvijoje. Veikiant indukuotai elektrovaros jėgai e₂, antrinė apvija gali tiekti maitinimą apkrovai ir taip pasiekti energijos perdavimą.

Pirminėje ir antrinėje apvijoje indukuotų elektrovaros jėgų santykis yra lygus pirminės ir antrinės apvijų apsisukimų skaičiaus santykiui. Indukuotos elektrovaros jėgos dydis e₁pirminėje pusėje yra arti taikomosios įtampos u₁pirminėje pusėje, o indukuotos elektrovaros jėgos dydis e₂antrinėje pusėje yra artima išėjimo įtampai u₂antrinėje pusėje.

Todėl tiesiog vieną ar du kartus pakeitus pirminės arba antrinės apvijos apsisukimų skaičių, išėjimo įtampa u₂galima reguliuoti. Tai yra pagrindinis transformatoriaus veikimo principas, kuris, naudojant elektromagnetinės indukcijos principą, vieno įtampos lygio kintamosios srovės šaltinį paverčia to paties dažnio, bet skirtingo įtampos lygio kintamosios srovės šaltiniu.

2. Pagrindinės transformatoriaus funkcijos

Pagrindinės transformatoriaus funkcijos apima įtampos konvertavimą, srovės konvertavimą, impedanso konvertavimą, izoliaciją ir įtampos reguliavimą.

Įtampos transformacija: Transformatoriai gali padidinti arba sumažinti kintamosios srovės įtampą, kad patenkintų skirtingus elektros energijos poreikius. Pavyzdžiui, pakopinis-transformatorius naudojamas elektrinės įtampai padidinti, kad būtų sumažintas energijos nuostolis perdavimo metu, o žemesnio lygio transformatorius naudojamas aukštai įtampai sumažinti iki saugaus naudojimo įtampos.

Srovės transformacija: Keisdamas įtampą, transformatorius atitinkamai keičia ir srovę. Pagal galios tvermės dėsnį, padidėjus įtampai, srovė mažėja ir atvirkščiai. Dėl šios charakteristikos transformatoriai labai svarbūs perduodant energiją, nes jie gali efektyviai valdyti srovės apkrovas.

Impedanso transformacija: Transformatoriai gali pakeisti grandinės varžą, todėl ji labiau tinka skirtingoms apkrovos sąlygoms. Tai ypač svarbu garso įrangoje ir kituose elektroniniuose įrenginiuose, nes tai gali pagerinti signalo perdavimo efektyvumą.

Izoliacija: Transformatoriai gali užtikrinti elektros izoliaciją, apsaugančią įrangos ir naudotojų saugumą. Ši izoliacija gali neleisti aukštai įtampai pažeisti žemos-įtampos įrangos ir užtikrinti saugų įrangos veikimą.

Įtampos reguliavimas: Įtampai reguliuoti gali būti naudojami tam tikrų tipų transformatoriai (pvz., prisotinamieji reaktoriai), padedantys išlaikyti įtampos stabilumą ir užtikrinti elektros sistemos patikimumą bei stabilumą.

4. Transformatorių klasifikacija

4.1Klasifikuota pagal talpą

• Mažas transformatorius: įtampa mažesnė nei 10KV, talpa nuo 1 iki 500KVA.

• Maži ir vidutiniai{0}}transformatoriai: 35 kV ir mažesnė įtampa, galia nuo 630 iki 6300 kVA.

• Dideli transformatoriai: įtampa 110 kV ir mažesnė, galia nuo 8000 iki 63000 kVA.

4.2Klasifikuota pagal naudojimą

• Galios transformatorius: naudojamas didinti, nuleisti, paskirstyti ir sujungti elektros perdavimo ir paskirstymo sistemose arba specialiai naudojamas kaip transformatoriai elektrinėse ir pastotėse.

• Prietaisų transformatoriai: tokie kaip įtampos transformatoriai ir srovės transformatoriai, naudojami matavimo prietaisams ir relinės apsaugos įtaisams.

• Galios transformatorius: naudojamas valdyti maitinimą, apšvietimą ir bendrosios mechaninės įrangos indikatorius.

• Elektroninis transformatorius: naudojamas elektroninėse grandinėse, pvz., perjungimo{0}}režimo maitinimo šaltiniuose, garso, impulsų ir varžos suderinimui.

• Bandomasis transformatorius: galintis generuoti aukštą įtampą, kad būtų galima atlikti aukštos{0}}įtampos elektros įrangos bandymus.

• Specialūs transformatoriai: tokie kaip elektriniai krosnių transformatoriai, lygintuvai, įtampos reguliavimo transformatoriai ir kt.

4.3Klasifikuojama pagal transformatoriaus apvijų fazių skaičių

• Vienfazis-transformatorius: naudojamas vienfazėms-apkrovoms ir trifaziams{2}}transformatorių blokams.

• Trifazis{0}}transformatorius: naudojamas padidinti arba sumažinti įtampą trifazėse{1}}sistemose.

4.4Klasifikuota pagal transformatoriaus aušinimo metodą

• Sauso{0}}tipo transformatorius: aušinamas oro konvekcija, paprastai naudojamas mažos-talpos transformatoriams, pvz., vietiniam apšvietimui ir elektroninėms grandinėms.

• Alyvos -transformatorius: transformatorius, kuriame kaip izoliacinė ir aušinimo terpė naudojama transformatoriaus alyva, o šerdis ir apvijos yra visiškai panardintos į izoliacinę alyvą.

4.5Klasifikuota pagal transformatoriaus apvijos jungties tipą

• Dvigubos -apvijos transformatorius: naudojamas sujungti du maitinimo sistemos įtampos lygius.

• Trijų -apvijų transformatorius: paprastai naudojamas regioninėse elektros energijos pastotėse trims įtampos lygiams prijungti.

• Autotransformatorius: Pirminė ir antrinė apvijos yra sujungtos į vieną, naudojamos skirtingos įtampos maitinimo sistemoms sujungti. Jis taip pat gali būti naudojamas kaip įprastas pakopinis-aukštyn-ar laiptinamas{2}}transformatorius.

4.6Klasifikuota pagal transformatoriaus veikimo dažnį

• Maitinimo dažnio transformatorius: jo veikimo dažnis yra 50Hz arba 60Hz.
• Vidutinio dažnio transformatorius: jo veikimo dažnis 400–1000Hz.
• Garso dažnio transformatorius: jo veikimo dažnis yra 20Hz–20kHz.

• Viršgarsinis dažnio transformatorius: jo veikimo dažnis yra didesnis nei 20 kHz, paprastai ne didesnis kaip 100 kHz.

• Aukšto{0}}dažnio transformatorius: transformatorius, kurio veikimo dažnis svyruoja nuo 20 Hz iki daugiau nei 100 kHz.

5. Transformatorių taikymo scenarijai

5.1 Maitinimo sistema

• Jėgainės: transformatoriai naudojami generatorių generuojamai įtampai padidinti, kad jos būtų perduodamos į elektros tinklą, kad būtų galima perduoti elektros energiją dideliais atstumais{0}.

• Pastotės: pastotėse transformatoriai aukštos{0}}tampos elektros energiją paverčia žemos-tampos elektra, kad patenkintų įvairios elektros įrangos poreikius. Tuo pačiu metu transformatoriai gali atlikti ir tokias funkcijas kaip reaktyviosios galios kompensavimas ir įtampos reguliavimas, užtikrinant stabilų elektros sistemos darbą.

• Perdavimo linijos: perdavimo linijose transformatoriai naudojami įtampai padidinti, siekiant sumažinti energijos nuostolius ir užtikrinti efektyvų elektros perdavimą dideliais atstumais.

5.2 Civilinis sektorius

• Buitinė elektra: galios transformatoriai aukštos{0}}tampos elektros energiją paverčia žemos-tampos elektra, tinkama naudoti namuose, taip užtikrinant normalų elektros suvartojimą gyventojams.

• Akumuliatorių įkrovimas: nesvarbu, ar tai nešiojamas kompiuteris, telefonas ar elektrinė transporto priemonė, šiems įrenginiams veikti reikia baterijų, o norint įkrauti baterijas reikia transformatoriaus. Pagrindinė transformatoriaus funkcija yra reguliuoti įtampą ir neleisti nuotėkio srovėms ar viršįtampio srovėms praeiti pro įrenginius.

5.3 Ryšio laukas

Ryšio transformatoriai naudojami telefono terminalų grandinėse ir magistralinių linijų gaminiuose ryšio grandinių kokybei ir būklei reguliuoti. Be to, ryšio transformatoriai plačiai naudojami kabeliniuose modemuose, tinklo plokštėse, šakotuvuose, xDSL plačiajuosčio ryšio įrangoje, komutatoriuose, šviesolaidiniuose siųstuvuose-imtuvuose, maršrutizatoriuose, įterptosiose sistemose ir VoIP tinklo ryšio įrenginiuose.

5.4 Kitos specialios programos

• Garso įranga: Garso transformatoriai dažniausiai naudojami signalams, tekantiems per grandinę, izoliuoti ir padėti suderinti šaltinio ir apkrovos varžos reikšmes. Jie taip pat gali pašalinti nepageidaujamus ar triukšmingus signalus ir filtruoti įvesties signalą. Šio tipo transformatoriai yra specialiai suprojektuoti valdyti signalus girdimo diapazone, ty signalus, kurių dažnis yra nuo 20 Hz iki 20 kHz.

• Matavimo prietaisai: srovės matuokliai, įtampos matuokliai ir įvairūs kiti matavimo įrankiai ir prietaisai paprastai naudoja transformatorius bendram darbui. Pavyzdžiui, matavimo srovės transformatoriai užtikrina būtiną grandinės saugumą, nes matavimo prietaisą izoliuoja nuo likusios grandinės ir slopina arba sumažina dideles sroves iki optimalių verčių prieš tiekiant jas į ampermetrą.

• Taisymas: lygintuvų transformatoriai gali konvertuoti kintamąją srovę į nuolatinę, naudojant tokias programas kaip variklio valdymas, kasyba, elektrinės krosnys, mokslinių tyrimų ir plėtros laboratorijos, aukštos{0}}įtampos nuolatinės srovės perdavimas ir kt.