Transformatorji so najbolj prepoznavna oprema v elektroenergetskih sistemih. So veliki, izraziti, načeloma preprosti, vendar zahtevajo veliko vzdrževanja, zaradi česar se zdijo veliko bolj obsežni kot 'kabli'. Na diagramu električnega omrežja so transformatorji kot hrbtenična vozlišča, druga oprema pa služi kot njihove povezave.

Ta članek bo predstavil komponente, načela, funkcije, razvrstitev in scenarije uporabe transformatorjev.

1. Sestava transformatorja

Transformator je v glavnem sestavljen iz jedra in navitij.

Jedro služi kot pot magnetnega vezja transformatorja, medtem ko so navitja del električnega vezja, izdelana z navijanjem določenega števila ovojev emajl{0}}prevlečene žice.

Tisto, ki je priključeno na vir energije, se imenuje primarno navitje, znano tudi kot primarna tuljava. Tisto, ki je priključeno na breme, se imenuje sekundarno navitje, znano tudi kot sekundarna tuljava ali sekundarno stransko navitje.

Osnovni obliki jedrnih struktur sta jedro-v obliki srca in lupina.

• Jedrni transformator-v obliki srca

Stebri jedrnega-transformatorja so obdani z navitji. Preprosto povedano, navitja obdajajo jedro, zaradi česar je struktura razmeroma enostavna in enostavnejša za sestavljanje in izolacijo, zato transformatorji pogosto uporabljajo jedro-strukturo.

• Lupina-transformator

V ohišju-transformatorja jedro obdaja navitje. Transformatorji ohišja-tipa imajo visoko mehansko trdnost in štrleče vogale, vendar je njihov proizvodni postopek zapleten in zahteva več materialov. Običajno se uporabljajo samo v nizko-napetostnih, visoko-tokovnih transformatorjih ali majhnih-zmogljivih močnostnih transformatorjih.

2. Osnovni princip delovanja transformatorja

Transformator deluje na principu elektromagnetne indukcije.

Ko je na oba konca primarnega navitja priključen ustrezen AC napajalnik, pod delovanjem napajalne napetosti u₁, izmenični tok i₀ teče skozi primarno navitje in ustvarja magnetno gibalno silo v primarnem navitju. To vzbudi izmenični magnetni pretok ϕ v jedru. Ta izmenični tok ϕ povezuje primarna in sekundarna navitja. Po zakonu elektromagnetne indukcije inducirane elektromotorne sile e₁in e₂nastanejo v primarnem in sekundarnem navitju. Pod vplivom inducirane elektromotorne sile e₂, lahko sekundarno navitje napaja obremenitev in tako doseže prenos energije.

Razmerje induciranih elektromotornih sil v primarnem in sekundarnem navitju je enako razmerju števila ovojev v primarnem in sekundarnem navitju. Velikost inducirane elektromotorne sile e₁na primarni strani je blizu uporabljene napetosti u₁na primarni strani, medtem ko je velikost inducirane elektromotorne sile e₂na sekundarni strani blizu izhodne napetosti u₂na sekundarni strani.

Zato se s preprosto spremembo števila ovojev v primarnem ali sekundarnem navitju enkrat ali dvakrat poveča izhodna napetost u₂se lahko prilagodi. To je osnovni princip delovanja transformatorja, ki uporablja princip elektromagnetne indukcije za pretvorbo vira izmeničnega toka z eno napetostjo v vir izmeničnega toka z isto frekvenco, vendar z drugo napetostjo.

2.Osnovne funkcije transformatorja

Osnovne funkcije transformatorja vključujejo pretvorbo napetosti, pretvorbo toka, pretvorbo impedance, izolacijo in regulacijo napetosti.

Transformacija napetosti: Transformatorji lahko povečajo ali zmanjšajo napetost izmeničnega toka, da zadovoljijo različne potrebe po električni energiji. Transformator stopnje{1}}navzgor se na primer uporablja za povečanje napetosti iz elektrarne, da se zmanjša izguba energije med prenosom, medtem ko se transformator-nižje uporablja za znižanje visoke napetosti na varno napetost pri uporabi.

Transformacija toka: S spreminjanjem napetosti transformator ustrezno spremeni tudi tok. Po zakonu o ohranitvi moči, ko se napetost poveča, se tok zmanjša in obratno. Zaradi te lastnosti so transformatorji zelo pomembni pri prenosu električne energije, saj lahko učinkovito obvladujejo tokovne obremenitve.

Transformacija impedance: Transformatorji lahko spremenijo impedanco vezja, zaradi česar je bolj primerno za različne pogoje obremenitve. To je še posebej pomembno pri avdio opremi in drugih elektronskih napravah, saj lahko izboljša učinkovitost prenosa signala.

Izolacija: Transformatorji lahko zagotovijo električno izolacijo, kar ščiti varnost opreme in uporabnikov. Ta izolacija lahko prepreči, da bi visoka napetost poškodovala nizko-napetostno opremo, kar zagotavlja varno delovanje opreme.

Regulacija napetosti: Nekatere vrste transformatorjev (kot so nasičeni reaktorji) se lahko uporabljajo za regulacijo napetosti, kar pomaga ohranjati stabilnost napetosti in zagotavlja zanesljivost in stabilnost elektroenergetskega sistema.

4. Razvrstitev transformatorjev

4.1 Razvrščeno po zmogljivosti

• Mali transformator: napetost pod 10KV, zmogljivost med 1 in 500KVA.

• Mali in srednje veliki-transformatorji: napetost 35 kV in manj, zmogljivost od 630 do 6300 kVA.

• Veliki transformatorji: napetosti 110 kV in manj, zmogljivosti med 8000 in 63000 kVA.

4.2 Razvrščeno po uporabi

• Močnostni transformator: Uporablja se za povečanje, znižanje, distribucijo in medsebojno povezovanje v sistemih za prenos in distribucijo električne energije ali posebej za uporabo kot transformatorji za elektrarne in transformatorske postaje.

• Instrumentalni transformatorji: kot so napetostni transformatorji in tokovni transformatorji, ki se uporabljajo za merilne instrumente in relejne zaščitne naprave.

• Močnostni transformator: uporablja se za krmilno napajanje, osvetlitev in indikatorje splošne mehanske opreme.

• Elektronski transformator: uporablja se v elektronskih vezjih, kot so -napajalniki v stikalnem načinu, ujemanje zvoka, impulza in impedance.

• Preizkusni transformator: zmožen ustvarjanja visoke napetosti za izvajanje-visokonapetostnih preizkusov električne opreme.

• Posebni transformatorji: kot so transformatorji za električne peči, usmerniški transformatorji, transformatorji za regulacijo napetosti itd.

4.3 Razvrščeno po številu faz navitij transformatorja

• Eno-fazni transformator: uporablja se za eno-fazne obremenitve in tri-fazne transformatorske skupine.

• Tri{0}}fazni transformator: uporablja se za povečanje ali znižanje napetosti v tri{1}}faznih sistemih.

4.4 Razvrščeno po metodi hlajenja transformatorja

• Suhi-transformator: hlajen z zračno konvekcijo, običajno se uporablja za-zmogljive transformatorje, kot so lokalna razsvetljava in elektronska vezja.

• Oljni-transformator: transformator, ki uporablja transformatorsko olje kot izolacijski in hladilni medij, pri čemer so jedro in navitja popolnoma potopljeni v izolacijsko olje.

4.5 Razvrščeno glede na vrsto povezave navitja transformatorja

• Transformator z dvojnim{0}}navitjem: Uporablja se za povezavo dveh napetostnih nivojev v elektroenergetskem sistemu.

• Tri{0}}navitni transformator: običajno se uporablja v regionalnih transformatorskih postajah elektroenergetskega sistema za povezavo treh napetostnih nivojev.

• Avtotransformator: Primarno in sekundarno navitje sta združena v eno, ki se uporablja za povezavo napajalnih sistemov različnih napetosti. Uporablja se lahko tudi kot običajni stopen{1}}navzgor ali stop-nizji transformator.

4.6 Razvrščeno po delovni frekvenci transformatorja

• Frekvenčni transformator: njegova delovna frekvenca je 50 Hz ali 60 Hz.
• Vmesni frekvenčni transformator: njegova delovna frekvenca je 400–1000Hz.
• Avdiofrekvenčni transformator: njegova delovna frekvenca je 20Hz–20kHz.

• Nadzvočni frekvenčni transformator: njegova delovna frekvenca je nad 20 kHz, običajno ne presega 100 kHz.

• Visok{0}}frekvenčni transformator: transformator z delovno frekvenco v razponu od 20 Hz do več kot 100 kHz.

5. Scenariji uporabe transformatorjev

5.1 Napajalni sistem

• Elektrarne: Transformatorji se uporabljajo za povečanje napetosti, ki jo ustvarijo generatorji za prenos v električno omrežje, kar omogoča-prenos električne energije na velike razdalje.

• Podpostaje: V transformatorjih transformatorji pretvarjajo visoko-napetostno elektriko v nizko-napetostno elektriko, da zadostijo potrebam različne električne opreme. Hkrati lahko transformatorji opravljajo tudi funkcije, kot so kompenzacija jalove moči in prilagoditev napetosti, kar zagotavlja stabilno delovanje elektroenergetskega sistema.

• Prenosni vodi: V prenosnih vodih se transformatorji uporabljajo za povečanje napetosti, da se zmanjša izguba energije, s čimer se doseže učinkovit-prenos električne energije na dolge razdalje.

5.2Civilni sektor

• Gospodinjska elektrika: močnostni transformatorji pretvarjajo visoko{0}}napetostno elektriko v nizko{1}}napetostno elektriko, primerno za domačo uporabo, in zagotavljajo normalno porabo električne energije prebivalcem.

• Polnjenje baterij: ne glede na to, ali gre za prenosni računalnik, telefon ali električno vozilo, te naprave za delovanje potrebujejo baterije, za polnjenje baterij pa je potreben transformator. Glavna funkcija transformatorja je uravnavanje napetosti in preprečevanje prehajanja uhajajočih ali udarnih tokov skozi naprave.

5.3 Komunikacijsko polje

Komunikacijski transformatorji se uporabljajo v tokokrogih telefonskih terminalov in izdelkih za glavne linije za uravnavanje kakovosti in stanja komunikacijskih vezij. Poleg tega se komunikacijski transformatorji pogosto uporabljajo v kabelskih modemih, omrežnih karticah, vozliščih, širokopasovni komunikacijski opremi xDSL, stikalih, sprejemnikih in sprejemnikih z optičnimi vlakni, usmerjevalnikih, vgrajenih sistemih in omrežnih komunikacijskih napravah VoIP.

5.4 Druge posebne aplikacije

• Avdio oprema: Avdio transformatorji se običajno uporabljajo za zagotavljanje izolacije signalov, ki tečejo skozi vezje, in pomagajo pri ujemanju vrednosti impedance vira in obremenitve. Prav tako lahko odpravijo neželene ali motne signale in filtrirajo vhodni signal. Te vrste transformatorjev so posebej zasnovane za obdelavo signalov v slišnem območju, to je signalov s frekvencami med 20 Hz in 20 kHz.

• Merilni instrumenti: Merilniki toka, merilniki napetosti in različna druga merilna orodja in naprave običajno uporabljajo transformatorje za splošno delovanje. Na primer, merilni tokovni transformatorji zagotavljajo potrebno varnost za tokokrog tako, da izolirajo merilno napravo od preostalega tokokroga in zatrejo ali znižajo velike tokove na optimalne vrednosti, preden jih napajajo v ampermeter.

• Popravek: Usmerniški transformatorji lahko pretvorijo izmenični tok v enosmerni z aplikacijami, vključno z nadzorom motorja, rudarstvom, električnimi pečmi, laboratoriji za raziskave in razvoj, visoko{0}}napetostnim prenosom enosmernega toka itd.