Jak działa transformator?

Zasada działania transformatora

Transformator to urządzenie elektryczne działające na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, które przekazuje energię elektryczną z jednego obwodu do drugiego. Umożliwia on dostosowanie poziomów napięcia w systemie prądu przemiennego (AC), podnosząc (zwiększając) lub obniżając (zmniejszając) napięcie, jednocześnie utrzymując tę samą częstotliwość.

Zasada działania:

Podstawowe elementy
Transformator składa się z dwóch cewek, znanych jako wiatki – "wiatka pierwotna" podłączona do źródła prądu AC, i "wiatka wtórna" podłączona do obciążenia. Te wiatki są nawinięte na rdzeń zazwyczaj wykonany z materiału magnetycznego (takiego jak żelazo). Rdzeń służy do skupienia i kierowania pola magnetycznego generowanego przez prąd płynący przez wiatkę pierwotną.

Zasada indukcji elektromagnetycznej
Gdy prąd AC płynie przez wiatkę pierwotną, powstaje ciągle zmieniające się pole magnetyczne. Zgodnie z prawem Faradaya o indukcji elektromagnetycznej, to zmieniające się pole magnetyczne indukuje napięcie (siłę elektromotoryczną, lub EMF) w wiatce wtórnej, mimo że dwie wiatki nie są ze sobą elektrycznie połączone.

Przekształcanie napięcia
Napięcie indukowane w wiatce wtórnej zależy od proporcji zwinięć – stosunku liczby zwinięć w wiatce wtórnej do liczby zwinięć w wiatce pierwotnej. Jeśli wiatka wtórna ma więcej zwinięć niż wiatka pierwotna, napięcie jest podnoszone; jeśli ma mniej zwinięć, napięcie jest obniżane.

Przekształcanie prądu
Z uwagi na zachowanie mocy, istnieje odwrotna zależność między napięciem a prądem. Gdy napięcie jest podnoszone, prąd maleje, a gdy napięcie jest obniżane, prąd rośnie, co pozwala zachować bilans mocy.

Podłączenie obciążenia
Obciążenie (takie jak urządzenia czy maszyny) jest podłączone do wiatki wtórnej, która dostarcza przekształcone napięcie do zasilania obciążenia.

Izolacja i separacja galwaniczna
Transformatory zapewniają izolację elektryczną i separację galwaniczną między obwodami pierwotnym i wtórnym. Oznacza to, że nie ma bezpośredniego połączenia elektrycznego między wiatkami, co zwiększa bezpieczeństwo i zapobiega niepożądanemu przepływowi prądu między obwodami.

Podsumowując, transformatory działają na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, gdzie zmieniające się pole magnetyczne z wiatki pierwotnej indukuje napięcie w wiatce wtórnej. Poprzez zmianę liczby zwinięć w wiatkach, transformatory mogą podnosić lub obniżać napięcie, jednocześnie zachowując bilans mocy między obwodami pierwotnym i wtórnym. Transformatory są kluczowymi elementami w systemach dystrybucji i transmisji energii, umożliwiając efektywne i bezpieczne dostarczanie energii elektrycznej.