Transformator umożliwia zwiększenie napięcia z powodu utraty siły prądu lub odwrotnie. We wszystkich przypadkach obowiązuje prawo zachowania energii, ale część z nich nieuchronnie zamienia się w ciepło. Dlatego sprawność transformatora, choć zwykle bliska jedności, jest od niej mniejsza.
Instrukcje
Krok 1
Transformator opiera się na zjawisku zwanym indukcją elektromagnetyczną. Gdy przewodnik jest wystawiony na działanie zmiennego pola magnetycznego, na końcach tego przewodnika powstaje napięcie, które odpowiada pierwszej pochodnej zmiany tego pola. Tak więc, gdy pole jest stałe, na końcach przewodnika nie pojawia się napięcie. To napięcie jest bardzo małe, ale można je zwiększyć. Aby to zrobić, zamiast prostego przewodu wystarczy użyć cewki składającej się z pożądanej liczby zwojów. Ponieważ zwoje są połączone szeregowo, napięcia na nich są sumowane. W związku z tym, gdy inne rzeczy są równe, napięcie będzie większe niż pojedynczy zwój lub przewód prosty w liczbie razy odpowiadającej liczbie zwojów.
Krok 2
Zmienne pole magnetyczne można wytworzyć na różne sposoby. Na przykład obrócenie magnesu obok cewki stworzy generator. W transformatorze stosuje się do tego inne uzwojenie, zwane uzwojeniem pierwotnym, i przykładane jest do niego napięcie w takiej czy innej formie. W uzwojeniu wtórnym powstaje napięcie, którego kształt odpowiada pierwszej pochodnej przebiegu napięcia w uzwojeniu pierwotnym. Jeżeli napięcie na uzwojeniu pierwotnym zmienia się w sposób sinusoidalny, to na wtórnym zmieni się w sposób cosinusoidalny. Współczynnik transformacji (nie mylić z wydajnością) odpowiada stosunkowi liczby zwojów uzwojeń. Może być mniej lub więcej niż jeden. W pierwszym przypadku transformator będzie obniżany, w drugim podwyższony. Liczba zwojów na wolt (tzw. „liczba zwojów na wolt”) jest taka sama dla wszystkich uzwojeń transformatora. Dla transformatorów o częstotliwości sieciowej jest to co najmniej 10, w przeciwnym razie sprawność spada i wzrasta nagrzewanie.
Krok 3
Przepuszczalność magnetyczna powietrza jest bardzo niska, dlatego transformatory bezrdzeniowe stosuje się tylko przy bardzo wysokich częstotliwościach. W przemysłowych transformatorach częstotliwości zastosowano rdzenie wykonane z blach stalowych pokrytych warstwą dielektryczną. Dzięki temu płyty są elektrycznie odizolowane od siebie, a prądy wirowe nie występują, co może zmniejszyć wydajność i zwiększyć nagrzewanie. W transformatorach zasilaczy impulsowych pracujących przy podwyższonych częstotliwościach takie rdzenie nie mają zastosowania, ponieważ w każdej pojedynczej płytce mogą wystąpić znaczne prądy wirowe, a przenikalność magnetyczna jest nadmierna. Stosowane są tu rdzenie ferrytowe - dielektryki o właściwościach magnetycznych.
Krok 4
Straty w transformatorze, które zmniejszają jego sprawność, powstają w wyniku emisji przez niego zmiennego pola elektromagnetycznego, niewielkich prądów wirowych, które wciąż powstają w rdzeniu pomimo podjętych działań w celu ich wytłumienia, a także obecności rezystancji czynnej w uzwojenia. Wszystkie te czynniki, z wyjątkiem pierwszego, prowadzą do nagrzewania się transformatora. Rezystancja czynna uzwojenia powinna być znikoma w porównaniu z rezystancją wewnętrzną zasilacza lub obciążenia. Dlatego im większy prąd płynący przez uzwojenie i im niższe napięcie na nim, tym grubszy jest do niego drut.
