Czym są transformatory, jak działają oraz jakie mają funkcje i zastosowania?

Transformator to urządzenie elektryczne, które wykorzystuje indukcję do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego z jednego obwodu do drugiego, zachowując jednocześnie pierwotną częstotliwość. Pozwala tym samym na zmianę wartości napięcia elektrycznego w obwodzie – z mniejszego na większe lub odwrotnie. Transformatory posiadają wiele przydatnych funkcji, dzięki czemu ich zastosowanie jest bardzo szerokie.

Budowa transformatora

Standardowy transformator zbudowany jest z dwóch podstawowych elementów. Na kolumnach osadzone są uzwojenia, wykonane z izolowanych przewodów aluminiowych lub miedzianych. Pełnią one rolę obwodów elektrycznych urządzenia. Uzwojenia przeważnie odseparowane są galwanicznie, w związku z czym nie ma pomiędzy nimi połączenie elektrycznego. W transformatorach wykorzystywane są różne typy uzwojeń – zwykle w formie uzwojenia cylindrycznego. Drugim elementem jest rdzeń, stanowiący obwód magnetyczny transformatora. Składa się z kolumn z nawiniętym uzwojeniem, a także łączących je jarzm. Służy przede wszystkim do przewodzenia magnetycznego strumienia, dlatego do jego wykonania wykorzystuje się cienkie, izolowane, odpowiednio nakrzemione blachy.

Zasady działania transformatora

Pierwotne uzwojenie transformatora podłączane jest do źródła prądu przemiennego, co pozwala na jego przepływ. W ten sposób dochodzi do powstania zmiennego pola magnetycznego. Jego strumień przepływa przez uzwojenie wtórne, wywołując zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Powstaje w nich tym samym zmienna siła elektromotoryczna, czyli napięcie. O zróżnicowanym zastosowaniu transformatorów świadczyć może szeroki zakres mocy dostępnych jednostek. Dzięki tej różnorodności, zakres parametrów transformatora może być dopasowany do wielu konstrukcji. Zasada działania pozostaje jednak taka sama.

Zastosowanie transformatorów

Największe zastosowanie mają transformatory energetyczne. Wykorzystuje się je przy przesyłaniu energii elektrycznej, a także jej rozdzielaniu. Pozwalają one na przesyłanie dużych zasobów energii na spore odległości, jednocześnie zapewniając minimalne straty. W urządzeniach elektronicznych i elektrycznych stosuje się zwykle transformatory małej mocy – m.in. w automatyce, teletechnice oraz łączności. Do wielu celów budowane są także transformatory specjalne. Maja one postać. np. przekładników pomiarowych, a także transformatorów spawalniczych, piecowych, probierczych czy prostownikowych.

Funkcje transformatorów

Transformatory powszechnie wykorzystywane są nie tylko w energetyce zawodowej. Znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie konieczna jest zmiana wartości prądu lub napięcia w obwodach prądu przemiennego. Transformator może jednak służyć także w zupełnie innych celach. Sprzęt tego typu nie przenosi na stronę wtórną stałych składowych prądu i napięcia, dlatego bywa wykorzystywany w formie filtra do ich eliminacji. Transformatory wykorzystywane są również wówczas, gdy konieczne jest dopasowanie poszczególnych elementów obwodu celem uzyskania warunków optymalnych.