Transformátor: ako vlastne funguje?

Ak aj neviete, ako funguje transformátor, bez neho by ste si svoj život dokázali predstaviť už len veľmi ťažko. Napriek tomu mnohí nevedia, čo je to a ako vlastne pracuje. Preto si dnes jednoducho a zrozumiteľne vysvetlíme princíp jeho činnosti. Pozrieme sa na základné procesy, ktoré v ňom prebiehajú a ukážeme si aj jeho praktické využitie.

Princíp činnosti transformátora

Transformátor mení elektrické napätie. Dokáže ho buď zvýšiť, alebo znížiť. Medzi jeho základné časti patria cievky z hliníkového alebo medeného vodiča, ktoré sa nazývajú primárne a sekundárne vinutie. Medzi nimi je kovové jadro, väčšinou z mäkkej ocele.

Keď do prvej cievky (primárneho vinutia) privedieme striedavý elektrický prúd, vytvorí sa okolo nej magnetické pole. Toto magnetické pole putuje cez kovové jadro transformátora k druhej cievke (sekundárnemu vinutiu), kde sa meniace magnetické pole „dotkne“ vodiča a spôsobí, že sa v nej objaví nový elektrický prúd. Tomu hovoríme indukcia. Podľa toho, koľko závitov má druhá cievka v porovnaní s prvou, sa napätie buď zvýši, alebo zníži.

Tento jav popisuje Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie, ktorý hovorí, že „zmena magnetického poľa v čase indukuje elektrické napätie v cievke“. To znamená, že transformátor funguje len so striedavým prúdom, pretože jednosmerný prúd by nevytvoril meniace sa magnetické pole potrebné na indukciu.

Takto transformátor mení napätie bez toho, aby sa v ňom čokoľvek hýbalo. Celý proces sa zakladá na magnetickom poli a striedavom prúde.

Ako funguje transformátor a jeho jednotlivé časti

Transformátor má dve hlavné vinutia. Primárne vinutie predstavuje časť, do ktorej sa pripája elektrický prúd zo zdroja, napríklad z elektrárne. Sekundárne vinutie odovzdáva upravené napätie tam, kam ho potrebujeme dostať, napríklad k domácim spotrebičom. Obe vinutia sú navinuté z medených alebo hliníkových vodičov a navzájom oddelené, aby elektrický prúd nemohol pretekať priamo, ale len cez magnetické pole v jadre.

Jadro predstavuje kovovú časť, najčastejšie z ocele alebo zo železa, ktorá je umiestnená medzi vinutiami. Jeho úlohou je viesť magnetické pole, ktoré vzniká v primárnom vinutí, do sekundárneho vinutia. Vďaka jadru sa magnetické pole sústreďuje a transformátor pracuje efektívne.

Typy transformátorov

V praxi sa stretávame s rôznymi typmi transformátorov, ktoré sa líšia konštrukciou a použitím:

Suché transformátory majú jadro a vinutia chladené vzduchom. Používajú sa hlavne v interiéroch alebo tam, kde je dôležitá čistota a bezpečnosť, napríklad v nemocniciach alebo kanceláriách. Sú ekologickejšie, pretože neobsahujú olej, ale majú nižšie maximálne výkony.
Olejové transformátory sú naplnené izolačným olejom, ktorý pomáha chladiť vinutia a zároveň ich izoluje. Používajú sa najmä vo veľkých rozvodniach a pri vysokých výkonoch, pretože olej zlepšuje odvod tepla a znižuje riziko prehriatia.
Existujú aj špeciálne transformátory, ktoré sú navrhnuté na špecifické účely, napríklad prepojiteľné, trojvinuťové, meničové, jednofázové, budiace alebo zemniace.
Mnohé sú prispôsobené aj na prácu so solárnymi panelmi, s veternými turbínami alebo inými zdrojmi. Transformátory pre obnoviteľné zdroje energie dodávajú elektrinu so špecifickými parametrami a pomáhajú správne prepojiť tieto zdroje s elektrickou sieťou.

Praktické využitie transformátorov v elektrických sieťach

Transformátory bezpečne a efektívne prenášajú elektrinu z elektrární až do našich domovov. Elektrina sa totiž vyrába vo veľkých elektrárňach s vysokým napätím, aby sa minimalizovali straty pri prenose na veľké vzdialenosti. Keď však príde bližšie k miestam, kde ju chceme použiť, trafostanice musia znížiť jej napätie na úroveň, ktorá je bezpečná pre domácnosti alebo priemysel. Vďaka tomu môžeme doma zapojiť spotrebiče, ako je televízor, počítač či chladnička, bez obáv, že by sa niečo pokazilo.

Bez transformátorov by sme nemohli…

… používať bežné domáce spotrebiče, pretože väčšina z nich potrebuje nízke napätie.

… prenášať elektrinu na veľké vzdialenosti bez obrovských strát.

… bezpečne pracovať s vysokým napätím v priemysle alebo energetike.

Pochopenie základného princípu, ako funguje transformátor, nám pomáha lepšie si uvedomiť, aký veľký význam majú tieto zariadenia v našom každodennom živote. Aj keď ich nevnímame, bez nich by moderná spoločnosť nemohla fungovať.