Transformator jest urządzeniem powszechnie wykorzystywanym w elektryce i elektronice do przekształcania energii elektrycznej. Jego zadaniem jest zmiana napięcia prądu przemiennego (AC) z podłączonego źródła na wyższe lub niższe przy minimalnych stratach mocy. Wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie nie ulega zmianie – jego funkcją jest oddzielenie obwodu zasilającego od obwodu odbiorczego i tym samym zapewnienie ochrony przeciwporażeniowej użytkownikom urządzeń elektrycznych.

Kluczowe elementy transformatora

Istnieje wiele odmian transformatorów, o różnych parametrach i zastosowaniach, jednak wszystkie zbudowane są według tego samego schematu. Kluczowe elementy każdego transformatora to stalowy rdzeń oraz nawinięte na niego co najmniej dwa zestawy uzwojenia (cewki) z miedzi lub aluminium.

Cewkę do której podłączone jest zewnętrzne napięcie zasilające (napięcie wejściowe) nazywamy uzwojeniem pierwotnym. Pod wpływem zasilania indukuje ona w rdzeniu strumień magnetyczny, który dzięki zjawisku indukcji przenosi się na drugą cewkę, określaną jako uzwojenie wtórne i generuje w niej napięcie wyjściowe. Tak dostosowane napięcie przekazywane jest do odbiornika.

Schemat działania transformatora jednofazowego, gdzie:

• ɸ - strumień magnetyczny w rdzeniu;

• N1 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego

• N2 – liczba zwojów uzwojenia wtórnego

Przekładnia transformatora – co to takiego?

W powyższym kontekście nasuwa się jednak pytanie, skąd transformator „wie”, jakie napięcie powinien wygenerować. Czy ma to być 9V, 110V, czy może 400V?

Wyjaśnieniem zagadki jest pojęcie przekładni transformatora. Terminem tym opisuje się stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego (N1) do liczby zwojów uzwojenia wtórnego (N2) lub stosunek napięcia pierwotnego (U1) do napięcia wtórnego (U2). W pierwszym przypadku mamy do czynienia z tzw. przekładnią zwojową, w drugim z przekładnią napięciową.

Przykład:

Jeżeli N1 = 1000 zwojów, zaś N2 = 100 zwojów, to napięcie wyjściowe obliczymy wg wzoru:

N2 / N1 = 100 /1 000 = 0,1

Tak więc, napięcie w uzwojeniu wtórnym jest tyle razy mniejsze (większe) od napięcia w uzwojeniu pierwotnym, ile razy liczba zwojów w uzwojeniu wtórnym jest mniejsza (większa) od liczby zwojów w uzwojeniu pierwotnym. Powyższe założenia dotyczą sytuacji teoretycznej (transformatora idealnego), w praktyce należy również uwzględnić występujące zawsze straty mocy.

Pamiętać trzeba też, że transformator podwyższający napięcie wyjściowe obniża jednocześnie natężenie (I) prądu przemiennego, zaś transformator obniżający napięcie podwyższa natężenie.

Przekładnia transformatora - normy

Dopuszczony do sprzedaży i użytkowania transformator, a więc i zastosowana w nim przekładnia, musi oczywiście spełniać odpowiednie normy. W przypadku Polski są to PN-EN 61558-2-4 oraz PN-EN 61558-2-6. Opisują one szczegółowe wymagania dotyczące „transformatorów separacyjnych stacjonarnych lub przenośnych, jednofazowych lub wielofazowych, chłodzonych powietrzem, niezależnych lub skojarzonych, o znamionowym napięciu zasilającym nie przekraczającym 1100 V prądu przemiennego oraz zasilaczy z transformatorami separacyjnymi”. Podnoszą kwestie bezpieczeństwa użytkowania, obejmujące aspekty elektryczne, cieplne oraz mechaniczne.