Transformer: jak to właściwie działa?

Nawet jeśli nie wiesz, jak działa transformator, trudno byłoby wyobrazić sobie życie bez niego. Jednak wiele osób nie wie, czym on jest i jak właściwie działa. Dlatego dzisiaj wyjaśnimy zasadę jego działania w prosty i zrozumiały sposób. Przyjrzymy się podstawowym procesom, które w nim zachodzą i pokażemy jego praktyczne zastosowanie.

Zasada działania transformatora

Transformator zmienia napięcie elektryczne. Może je zwiększać lub zmniejszać. Jego podstawowymi częściami są cewki z drutu aluminiowego lub miedzianego, zwane uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. Pomiędzy nimi znajduje się metalowy rdzeń, zwykle wykonany z miękkiej stali.

Gdy zmienny prąd elektryczny jest przykładany do pierwszej cewki (uzwojenie pierwotne), wokół niej powstaje pole magnetyczne. To pole magnetyczne przemieszcza się przez metalowy rdzeń transformatora do drugiej cewki (uzwojenia wtórnego), gdzie zmieniające się pole magnetyczne „dotyka” przewodnika i powoduje pojawienie się w nim nowego prądu elektrycznego. Nazywa się to indukcją. W zależności od tego, ile zwojów ma druga cewka w porównaniu do pierwszej, napięcie wzrośnie lub spadnie.

Zjawisko to opisuje prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya, które mówi, że „zmiana pola magnetycznego w czasie indukuje napięcie elektryczne w cewce”. Oznacza to, że transformator działa tylko z prądem zmiennym, ponieważ prąd stały nie wytworzyłby zmieniającego się pola magnetycznego potrzebnego do indukcji.

W ten sposób transformator zmienia napięcie bez poruszania się w nim czegokolwiek. Cały proces opiera się na polu magnetycznym i prądzie zmiennym.

Jak działa transformator i jego poszczególne części

Transformator ma dwa główne uzwojenia. Uzwojenie pierwotne to część, która odbiera prąd elektryczny ze źródła, takiego jak elektrownia. Uzwojenie wtórne przekazuje przetworzone napięcie tam, gdzie jest ono potrzebne, na przykład do urządzeń gospodarstwa domowego. Oba uzwojenia są nawinięte z drutów miedzianych lub aluminiowych i oddzielone od siebie tak, że prąd elektryczny nie może płynąć bezpośrednio, a jedynie przez pole magnetyczne w rdzeniu.

Rdzeń to metalowa część, najczęściej wykonana ze stali lub żelaza, która jest umieszczona pomiędzy uzwojeniami. Jego zadaniem jest przewodzenie pola magnetycznego generowanego w uzwojeniu pierwotnym do uzwojenia wtórnego. Dzięki rdzeniowi pole magnetyczne jest skoncentrowane, a transformator działa wydajnie.

Rodzaje transformatorów

W praktyce spotykamy się z różnymi typami transformatorów, które różnią się konstrukcją i zastosowaniem:

Transformatory suche Mają rdzeń i uzwojenia chłodzone powietrzem. Są one używane głównie w pomieszczeniach lub tam, gdzie ważna jest czystość i bezpieczeństwo, np. w szpitalach lub biurach. Są bardziej przyjazne dla środowiska, ponieważ nie zawierają oleju, ale mają niższą maksymalną moc wyjściową.
Transformatory olejowe są wypełnione olejem izolacyjnym, który pomaga chłodzić uzwojenia, jednocześnie je izolując. Są one stosowane głównie w dużych podstacjach i aplikacjach o dużej mocy, ponieważ olej poprawia rozpraszanie ciepła i zmniejsza ryzyko przegrzania.
Dostępne są również transformatory specjalnektóre zostały zaprojektowane do określonych celów, na przykład transformatory międzysystemowe, trójuzwojeniowe, falownikowe, jednofazowe, wzbudzające lub uziemiające.
Wiele z nich jest również przystosowanych do pracy z panelami słonecznymi, turbinami wiatrowymi lub innymi źródłami. Transformatory dla odnawialnych źródeł energii dostarczają energię elektryczną o określonych parametrach i pomagają w prawidłowym podłączeniu tych źródeł do sieci.

Praktyczne zastosowanie transformatorów w sieciach elektrycznych

Transformatory bezpiecznie i wydajnie przesyłają energię elektryczną z elektrowni do naszych domów. Wynika to z faktu, że energia elektryczna jest wytwarzana w dużych elektrowniach wysokiego napięcia, aby zminimalizować straty podczas przesyłu na duże odległości. Jednak gdy zbliża się do miejsca, w którym chcemy z niej korzystać, podstacje muszą obniżyć jej napięcie do poziomu bezpiecznego dla domów lub przemysłu. Dzięki temu możemy podłączyć urządzenia takie jak telewizor, komputer czy lodówka w domu bez obawy, że coś pójdzie nie tak.

BEZ TRANSFORMÁTORY nie moglibyśmy…

… używać zwykłych urządzeń gospodarstwa domowego, ponieważ większość z nich wymaga niskiego napięcia.

… do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości bez ogromnych strat.

… do bezpiecznej pracy z wysokim napięciem w przemyśle lub energetyce.

Zrozumienie podstawowej zasady działania transformatora pomaga nam lepiej zrozumieć, jak ważne są te urządzenia w naszym codziennym życiu. Nawet jeśli ich nie widzimy, współczesne społeczeństwo nie mogłoby bez nich funkcjonować.