Transformatori su najprepoznatljivija oprema u elektroenergetskim sistemima. Oni su veliki, prepoznatljivi, jednostavni u principu, ali zahtijevaju puno održavanja, zbog čega izgledaju mnogo značajniji od 'kablova'. Na dijagramu elektroenergetske mreže transformatori su kao čvorovi okosnice, dok im ostala oprema služi kao veze.

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

1. Sastav transformatora

Transformator se uglavnom sastoji od jezgra i namotaja.

Jezgro služi kao put magnetskog kola transformatora, dok su namotaji dio električnog kola, napravljen namotavanjem određenog broja zavoja emajl{0}}obložene žice.

Onaj spojen na izvor napajanja naziva se primarni namotaj, poznat i kao primarni namotaj. Onaj koji je povezan sa opterećenjem naziva se sekundarni namotaj, poznat i kao sekundarni namotaj, ili sekundarni bočni namotaj.

Osnovni oblici jezgrinih struktura su tip jezgra u obliku srca{0}} i tip ljuske.

• Transformator u obliku srca{0}}

Stubovi transformatora tipa jezgra-okruženi su namotajima. Jednostavno rečeno, namotaji okružuju jezgro, čineći strukturu relativno jednostavnom i lakšom za sastavljanje i izolaciju, zbog čega transformatori često koriste strukturu tipa jezgra-.

• Shell{0}}transformator

U transformatoru tipa školjke{0}}jezgro okružuje namotaj. Shell- transformatori imaju visoku mehaničku čvrstoću i izbočene uglove, ali njihov proizvodni proces je složen i zahtijeva više materijala. Obično se koriste samo u transformatorima niskog{4}}napona, visokostrujnim-transformatorima ili energetskim transformatorima malog{6}}kapaciteta.

2.Osnovni princip rada transformatora

Transformator radi na principu elektromagnetne indukcije.

Kada je na oba kraja primarnog namota spojeno odgovarajuće napajanje naizmjeničnom strujom, pod djelovanjem napona napajanja u₁, AC struja i₀ teče kroz primarni namotaj, stvarajući magnetomotornu silu u primarnom namotu. Ovo pobuđuje naizmjenični magnetni tok ϕ u jezgru. Ovaj naizmjenični tok ϕ povezuje i primarni i sekundarni namotaj. Prema zakonu elektromagnetne indukcije, indukovane elektromotorne sile e₁i e₂nastaju u primarnom i sekundarnom namotaju, respektivno. Pod uticajem indukovane elektromotorne sile e₂, sekundarni namotaj može snabdjeti opterećenje, postižući prijenos energije.

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

Stoga, jednostavnom promjenom broja zavoja u primarnom ili sekundarnom namotu jednom ili dvaput, izlazni napon u₂može se podesiti. Ovo je osnovni princip rada transformatora, koji koristi princip elektromagnetne indukcije za pretvaranje izvora napajanja naizmjeničnom strujom jednog nivoa napona u izvor napajanja naizmjenične struje iste frekvencije, ali različitog naponskog nivoa.

2.Osnovne funkcije transformatora

Osnovne funkcije transformatora uključuju konverziju napona, konverziju struje, konverziju impedanse, izolaciju i regulaciju napona.

Transformacija napona: Transformatori mogu povećati ili smanjiti napon naizmjenične struje kako bi zadovoljili različite potrebe za električnom energijom. Na primjer, step{1}}transformator se koristi za povećanje napona iz elektrane kako bi se smanjio gubitak energije tokom prijenosa, dok se transformator za povećanje{2}}povišenja koristi za snižavanje visokog napona na siguran napon upotrebe.

Transformacija struje: Promjenom napona, transformator također mijenja struju. Prema zakonu održanja snage, kada se napon povećava, struja se smanjuje i obrnuto. Ova karakteristika čini transformatore veoma važnim u prenosu energije, jer mogu efikasno upravljati strujnim opterećenjima.

Transformacija impedanse: Transformatori mogu promijeniti impedanciju kola, čineći ga pogodnijim za različite uvjete opterećenja. Ovo je posebno važno za audio opremu i druge elektronske uređaje, jer može poboljšati efikasnost prijenosa signala.

Izolacija: Transformatori mogu pružiti 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 prigušnici za zasićenje) mogu se koristiti za regulaciju napona, pomažući u održavanju stabilnosti napona i osiguravajući pouzdanost i stabilnost elektroenergetskog sistema.

4.Klasifikacija transformatora

4.1 Klasificirano prema kapacitetu

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

• Mali i srednji{0}}transformatori: napon od 35 kV i niži, snage od 630 do 6300 kVA.

• Veliki transformatori: napon od 110 kV i niži, snage između 8000 i 63000 kVA.

4.2 Klasificirano prema upotrebi

• Energetski transformator: Koristi se za pojačavanje, spuštanje, distribuciju i međusobno povezivanje u sistemima za prenos i distribuciju energije, ili se posebno koristi kao transformatori za elektrane i trafostanice.

• Merni transformatori: kao što su naponski i strujni transformatori, koji se koriste za merne instrumente i uređaje za relejnu zaštitu.

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

• Elektronski transformator: koristi se u elektronskim kolima kao što su prekidači{0}}napajanja, audio, puls i impedansa.

• Ispitni transformator: sposoban za generiranje visokog napona za provođenje visoko-naponskih testova na električnoj opremi.

• Specijalni transformatori: kao što su transformatori električnih peći, ispravljački transformatori, transformatori za regulaciju napona itd.

4.3 Klasificirano prema broju faza namotaja transformatora

• Jednofazni-transformator: koristi se za jednofazno-opterećenje i trofazno{2}}baze transformatora.

• Tro-fazni transformator: Koristi se za povećanje ili smanjenje napona u tro-faznim sistemima.

4.4 Klasificirano po metodi hlađenja transformatora

• Transformator suhog-tipa: Hlađen konvekcijom zraka, općenito se koristi za transformatore malog-kapaciteta kao što su lokalna rasvjeta i elektronska kola.

• Uljni-transformator: Transformator koji koristi transformatorsko ulje kao izolacijski i rashladni medij, sa jezgrom i namotajima u potpunosti uronjenim u izolacijsko ulje.

4.5 Klasificirano prema vrsti priključka namotaja transformatora

• Transformator sa dvostrukim-namotajem: Koristi se za povezivanje dva nivoa napona u elektroenergetskom sistemu.

• Transformator sa tri{0}}namotaja: Općenito se koristi u regionalnim trafostanicama elektroenergetskog sistema za povezivanje tri napona.

• Autotransformator: Primarni i sekundarni namotaji su kombinovani u jedan, koji se koriste za povezivanje energetskih sistema različitih napona. Može se koristiti i kao običan step{1}}postepeni ili step{2}} transformator.

4.6 Klasificirano prema radnoj frekvenciji transformatora

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

• Supersonični frekventni transformator: Njegova radna frekvencija je iznad 20 kHz, uglavnom ne prelazi 100 kHz.

• Visoko{0}}Transformator visoke frekvencije: Transformator sa radnom frekvencijom u rasponu od 20 Hz do preko 100 kHz.

5. Scenariji primjene transformatora

5.1 Sistem napajanja

• Elektrane: Transformatori se koriste za povećanje napona koji generiraju generatori za prijenos na električnu mrežu, omogućavajući{0}}prenos električne energije na velike udaljenosti.

• Trafostanice: U trafostanicama transformatori pretvaraju-električnu energiju visokog napona u niskonaponsku-električnu energiju kako bi zadovoljili potrebe različite električne opreme. Istovremeno, transformatori mogu obavljati i funkcije kao što su kompenzacija reaktivne snage i podešavanje napona, osiguravajući stabilan rad elektroenergetskog sistema.

• Prenosni vodovi: U dalekovodima, transformatori se koriste za povećanje napona kako bi se smanjili gubici energije, postižući efikasan-prenos električne energije na velike udaljenosti.

5.2 Civilni sektor

• Električna energija za domaćinstvo: Energetski transformatori pretvaraju električnu energiju visokog{0}}napona u električnu energiju niskog napona-prikladnu za kućnu upotrebu, osiguravajući normalnu potrošnju električne energije za stanovnike.

• Punjenje baterija: Bilo da se radi o laptopu, telefonu ili električnom vozilu, ovi uređaji zahtijevaju baterije za rad, a za punjenje baterija potreban je transformator. Glavna funkcija transformatora je da reguliše napon i spreči da struje curenja ili udarne struje prolaze kroz uređaje.

5.3 Komunikacijsko polje

Komunikacijski transformatori se koriste u krugovima telefonskih terminala i proizvodima magistralnih linija za regulaciju kvaliteta i stanja komunikacijskih kola. Osim toga, komunikacijski transformatori se široko koriste u kabelskim modemima, mrežnim karticama, čvorištima, xDSL širokopojasnoj komunikacijskoj opremi, prekidačima, optičkim primopredajnicima, ruterima, ugrađenim sistemima i VoIP mrežnim komunikacijskim uređajima.

5.4Druge posebne aplikacije

• Audio oprema: Audio transformatori se obično koriste da obezbede izolaciju za signale koji teku kroz kolo i pomažu u usklađivanju vrednosti impedanse izvora i opterećenja. Oni također mogu eliminirati neželjene ili bučne signale i filtrirati ulazni signal. Ovi tipovi transformatora su posebno dizajnirani za rukovanje signalima unutar zvučnog opsega, odnosno signalima sa frekvencijama između 20Hz i 20kHz.

• Mjerni instrumenti: Mjerila struje, napona i razni drugi mjerni alati i uređaji obično koriste transformatore za opći rad. Na primjer, mjerni strujni transformatori pružaju neophodnu sigurnost za strujni krug tako što izoluju mjerni uređaj od ostatka kola i potiskuju ili smanjuju velike struje do optimalnih vrijednosti prije nego što ih dovedu do ampermetra.

• Rektifikacija: Ispravljački transformatori mogu pretvoriti AC u DC, s aplikacijama uključujući kontrolu motora, rudarstvo, električne peći, laboratorije za istraživanje i razvoj, visoko-naponski DC prijenos i još mnogo toga.