Transformator - Co to jest i Jak Działa?

Budowa i zasada działania transformatora

Transformator składa się z dwóch podstawowych części: uzwojenia pierwotnego i uzwojenia wtórnego nawiniętych na wspólnym rdzeniu. Gdy przez uzwojenie pierwotne przepływa prąd przemienny, wytwarza on zmienne pole magnetyczne w rdzeniu.

To zmienne pole generuje zmienny strumień magnetyczny, który przenika uzwojenie wtórne. W wyniku zjawiska indukcji elektromagnetycznej w uzwojeniu wtórnym powstaje napięcie przemienne. Kluczowa zależność w transformatorze to stosunek napięć do liczby zwojów:

$\frac{U_2}{U_1} = \frac{n_2}{n_1}$

gdzie $U_1$ i $U_2$ to napięcia, a $n_1$ i $n_2$ to liczby zwojów uzwojeń.

💡 Warto zapamiętać: Każdy zwój w transformatorze wytwarza takie samo napięcie, dlatego zwiększając liczbę zwojów w uzwojeniu wtórnym uzyskujemy wyższe napięcie, a zmniejszając - niższe.

Transformatory mają szerokie zastosowanie, szczególnie w przesyłaniu energii elektrycznej na duże odległości przez linie wysokiego napięcia. Prąd przemienny jest bardziej efektywny w przesyle, powodując mniejsze straty energii w porównaniu do prądu stałego, który powoduje nadmierne nagrzewanie przewodów.

Obliczanie napięcia w transformatorze - przykład

W praktyce często musimy obliczyć napięcie uzyskane w transformatorze. Spójrzmy na konkretny przykład: transformator ma 120 zwojów w obwodzie pierwotnym i 660 zwojów w obwodzie wtórnym. Zasilany jest napięciem skutecznym 230 V, a nasze zadanie to obliczenie napięcia maksymalnego na uzwojeniu wtórnym.

Najpierw wykorzystujemy podstawowy wzór na stosunek napięć w transformatorze: $\frac{U_{2sk}}{U_{1sk}} = \frac{n_2}{n_1}$

Z tego możemy wyliczyć napięcie skuteczne na uzwojeniu wtórnym: $U_{2sk} = U_{1sk} \cdot \frac{n_2}{n_1} = 230 \text{ V} \cdot \frac{660}{120}$

Aby znaleźć napięcie maksymalne, musimy przemnożyć napięcie skuteczne przez $\sqrt{2}$: $U_{2max} = U_{2sk} \cdot \sqrt{2} = 230 \text{ V} \cdot \frac{660}{120} \cdot \sqrt{2} = 1789 \text{ V}$

⚡ Uwaga: Napięcie maksymalne jest zawsze większe od napięcia skutecznego o czynnik $\sqrt{2}$ dla prądu sinusoidalnego.