Transformatory | Izolacja galwaniczna | Rodzaje transformatorów | Podział transformatorów | Oznaczenia | Sprawność | Zastosowanie

Dzisiaj chcielibyśmy przyjrzeć się bliżej maszynom elektrycznym niewirującym, czyli transformatorom.

Transformator – podstawowe informacje

Transformator jest maszyną elektryczną, która wykorzystuje zasadę indukcji elektromagnetycznej. Transformatory wykorzystują zasadę indukcji elektromagnetycznej do przetwarzania napięcia i prądu przemiennego na napięcie prąd o innych wartościach (w szczególnych przypadkach o tych samych wartościach), ale zawsze tej samej częstotliwości.

Podstawowy podział transformatorów

transformator energetyczny,
transformator jednofazowy dwuuzwojeniowy,
transformator trójfazowy dwuuzwojeniowy,
transformatory specjalne:
- transformatory trójuzwojeniowe,
autotransformatory,
przekładniki pomiarowe,
transformatory stosowane w układach elektronicznych i automatyki,
transformator suchy, który posiada uzwojenia w zalewie żywicznej lub w osłonie powietrznej. Znajduje on zastosowanie do mniejszych mocy, jak również do ściśle określonych, specjalnych zastosowań.

Przekrój transformatora olejowego

Transformator energetyczny

Transformatorami energetycznymi nazywamy urządzenia, które są przeznaczone do przetwarzania energii elektrycznej o danym napięciu, na energię elektryczną o innym napięciu (w szczególnych przypadkach o tym samym napięciu).

Transformatory energetyczne – podział

Transformatory energetyczne można podzielić ze względu na budowę na dwa podstawowe rodzaje:

transformator olejowy, który posiada uzwojenia i rdzeń zanurzone w kadzi z olejem, który pełni w tym przypadku dwie funkcje – izolatora i chłodziwa

transformator suchy, który posiada uzwojenia w zalewie żywicznej lub w osłonie powietrznej. Znajduje on zastosowanie do mniejszych mocy, jak również do ściśle określonych, specjalnych zastosowań.

Zasilanie transformatora – jak jest realizowane?

Uzwojenia tej maszyny elektrycznej mają zaciski umieszczone na izolatorach. W przypadku transformatorów olejowych, końcówki uzwojeń wyprowadzone są na zewnątrz przez specjalne izolatory przepustowe.

Transformator suchy - transformator żywiczny

Strony transformatora – jak oznaczamy

Najpopularniejszym typem transformatorów są takie, które posiadają dwie strony:

pierwotną, oznaczaną jako 1
wtórną, oznaczaną jako 2

Strona pierwotna jest to strona, do której podłączone jest napięcie zasilające. Oznaczamy ją indeksem 1.

Strona wtórna jest to strona, z której zasilamy urządzenie elektryczne, sieć niskiego napięcia itp., czyli strona, do której dostarczamy energię elektryczną. Oznaczamy ją indeksem 2.

Oznaczenia strony pierwotnej i wtórnej są jedynie umowne, gdyż „przepływ” (tak naprawdę indukcja) prądu ze strony wtórej do strony pierwotnej jest nie dość, że możliwy, to jeszcze w pełni bezpieczny (w kontrolowanych warunkach).

Inne rodzaje transformatorów
Szukając w Internecie informacji na temat transformatorów, możecie spotkać się z określeniem, że występują transformatory o więcej niż dwóch stronach – jest to oczywiście prawda. Przykładem może być na przykład transformator o wielkiej mocy, który posiada 3 strony: górnego, średniego i dolnego napięcia. Takie transformatory nazywamy trójuzwojeniowymi.

Transformator olejowy energetyczny

Transformatory zasilające elektronikę

Tego typu urządzenia znajdują zastosowanie w urządzeniach elektronicznych. Uzwojenie pierwotne zasilane jest z sieci niskiego napięcia, a strona wtórna składa się z kilku uzwojeń, które pozwalają na uzyskanie kilku różnych wartości napięcia, np. 5 VAC, 12 VAC 24 VAC. Oczywiście ciągle mówimy o prądzie zmiennym, w tym przypadku o częstotliwości 50Hz

Izolacja galwaniczna

Ważną cechą transformatora jest to, że prąd ze strony pierwotnej nie przepływa bezpośrednio do strony wtórnej. Odbywa się to za pomocą indukcji elektromagnetycznej, którą opiszemy w innym artykule. To, że prąd nie przepływa bezpośrednio nazywamy izolacją galwaniczną. Jest to cecha transformatorów, która jest wykorzystywana w miejscach, gdzie istnieje zwiększone ryzyko porażenia prądem elektrycznym. Tę zasadę wykorzystuje transformator separacyjny, którego przekładnia, tzn. stosunek napięcia wtórnego do pierwotnego jest równy 1:1.

Transformator zasilający elektronikę

Transformator – sprawność

Można stwierdzić, że transformator jest urządzeniem, które jest pośrednikiem w przekazywaniu energii. Jak wiemy, nie ma urządzeń idealnych, które całą pobraną energię przekształcałyby w inny rodzaj energii lub ten sam rodzaj energii, ale o innych parametrach.

Jednakże, patrząc od strony energetycznej, transformator jest maszyną prawie idealną. Jest to zasługa tego, że prawie cała moc dostarczona od strony pierwotnej, jest oddawana po stronie wtórnej transformatora.

Niewielka część energii, która nie zostaje oddana po stronie wtórnej jest zamieniana na ciepło w rdzeniu magnetycznym. Ta część energii jest nazywana stratami, w zależności od ich pochodzenia, w rdzeniu magnetycznym lub w uzwojeniach.

W stanie pracy, przy obciążeniu znamionowym opisywane straty są niewielkie i wynoszą do kilku procent mocy dostarczonej. Stosunek mocy oddanej do dostarczonej – czyli sprawność transformatora – zwiększa się wraz ze wzrostem mocy transformatora.

Do obliczania sprawności transformatora powrócimy jeszcze w naszych artykułach, bo nie jest to temat do krótkiego opisu.

Zastosowanie transformatorów

Zastosowanie transformatorów przekłada się na znaczące korzyści. Możemy za ich pomocą podwyższać lub obniżać napięcie w sieci elektrycznej, zmieniać liczbę faz itp. Możemy również wykorzystać te urządzenie do tłumienia niektórych zakłóceń występujących w liniach zasilających.

Transformatory znalazły szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak:

energetyka – podnoszą napięcie w elektrowni, a następnie obniżają, tak by dostosować je do sieci niskiego napięcia
pomiar dużych napięć i prądów przemiennych - przekładniki prądowe i napięciowe obniżają napięcie i prąd do bezpiecznego
do nastawiania wymaganych wartości napięć – transformatory regulacyjne
do zasilania budynków przemysłowych, które wymagają odpowiednio dopasowanych parametrów zasilania energii elektrycznej – na przykład piece łukowe czy prostowniki
w układach elektroniki użytkowej oraz urządzeniach automatyki jako urządzenia umożliwiające galwaniczne odizolowanie źródła zasilania
od odbiornika.