Transformatori ir atpazīstamākais aprīkojums energosistēmās. Tie ir lieli, atšķirīgi, principā vienkārši, taču tiem ir nepieciešama liela apkope, tāpēc tie šķiet daudz nozīmīgāki nekā "kabeļi". Elektrotīkla diagrammā transformatori ir kā mugurkaula mezgli, savukārt citas iekārtas kalpo kā to savienojumi.

Šajā rakstā tiks iepazīstināti ar transformatoru komponentiem, principiem, funkcijām, klasifikāciju un pielietojuma scenārijiem.

1. Transformatora sastāvs

Transformators galvenokārt sastāv no serdes un tinumiem.

Kodols kalpo kā transformatora magnētiskās ķēdes ceļš, savukārt tinumi ir elektriskās ķēdes daļa, kas izgatavota, uztinot noteiktu skaitu emaljas{0}}pārklātas stieples apgriezienu.

To, kas savienots ar strāvas avotu, sauc par primāro tinumu, ko sauc arī par primāro spoli. To, kas savienots ar slodzi, sauc par sekundāro tinumu, ko sauc arī par sekundāro spoli vai sekundāro sānu tinumu.

Pamatstruktūru pamatformas ir Sirds{0}}veida kodols un apvalka tips.

• Sirds{0}}formas serdeņu transformators

Serdes -tipa transformatora kolonnas ir ieskautas ar tinumiem. Vienkārši sakot, tinumi apņem serdi, padarot konstrukciju salīdzinoši vienkāršu un vieglāk montējamu un izolējamu, tāpēc transformatori bieži izmanto serdes -tipa konstrukciju.

• Shell{0}}tipa transformators

Korpusa{0}}tipa transformatorā serde ieskauj tinumu. Shell-tipa transformatoriem ir augsta mehāniskā izturība un izvirzīti stūri, taču to ražošanas process ir sarežģīts un prasa vairāk materiālu. Parasti tos izmanto tikai zema-sprieguma, augstas-strāvas transformatoros vai mazas-jaudas jaudas transformatoros.

2. Transformatora darbības pamatprincips

Transformators darbojas, pamatojoties uz elektromagnētiskās indukcijas principu.

Ja abiem primārā tinuma galiem ir pievienots piemērots maiņstrāvas avots, barošanas sprieguma u iedarbībā₁, maiņstrāva i₀ plūst caur primāro tinumu, radot magnētisko spēku primārajā tinumā. Tas ierosina mainīgu magnētisko plūsmu ϕ kodolā. Šī mainīgā plūsma ϕ savieno gan primāro, gan sekundāro tinumu. Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu inducētie elektromotoriskie spēki e₁un e₂tiek ģenerēti attiecīgi primārajā un sekundārajā tinumā. Inducētā elektromotora spēka ietekmē e₂, sekundārais tinums var piegādāt slodzei strāvu, panākot enerģijas pārnesi.

Inducēto elektromotora spēku attiecība primārajā un sekundārajā tinumā ir vienāda ar apgriezienu skaita attiecību primārajā un sekundārajā tinumā. Inducētā elektromotora spēka lielums e₁primārajā pusē ir tuvu pielietotajam spriegumam u₁primārajā pusē, savukārt inducētā elektromotora spēka lielums e₂sekundārajā pusē ir tuvu izejas spriegumam u₂sekundārajā pusē.

Tāpēc, vienkārši vienu vai divas reizes mainot apgriezienu skaitu primārajā vai sekundārajā tinumā, izejas spriegums u₂var regulēt. Šis ir transformatora darbības pamatprincips, kas izmanto elektromagnētiskās indukcijas principu, lai viena sprieguma līmeņa maiņstrāvas avotu pārveidotu par tādas pašas frekvences, bet atšķirīga sprieguma līmeņa maiņstrāvas avotu.

2. Transformatora pamatfunkcijas

Transformatora pamatfunkcijas ietver sprieguma pārveidošanu, strāvas pārveidošanu, pretestības pārveidošanu, izolāciju un sprieguma regulēšanu.

Sprieguma transformācija: transformatori var palielināt vai samazināt maiņstrāvas spriegumu, lai apmierinātu dažādas elektroenerģijas vajadzības. Piemēram, pakāpju-transformators tiek izmantots, lai palielinātu spriegumu no spēkstacijas, lai samazinātu enerģijas zudumus pārraides laikā, savukārt pakāpju-pakāpju transformators tiek izmantots, lai pazeminātu augstu spriegumu līdz drošam lietošanas spriegumam.

Strāvas pārveidošana: mainot spriegumu, transformators attiecīgi maina arī strāvu. Saskaņā ar jaudas nezūdamības likumu, palielinoties spriegumam, strāva samazinās un otrādi. Šis raksturlielums padara transformatorus ļoti svarīgus enerģijas pārvadē, jo tie var efektīvi pārvaldīt strāvas slodzi.

Impedances transformācija: Transformatori var mainīt ķēdes pretestību, padarot to piemērotāku dažādiem slodzes apstākļiem. Tas ir īpaši svarīgi audioiekārtās un citās elektroniskās ierīcēs, jo tas var uzlabot signāla pārraides efektivitāti.

Izolācija: transformatori var nodrošināt elektrisko izolāciju, aizsargājot iekārtu un lietotāju drošību. Šī izolācija var novērst augstsprieguma bojājumus zemsprieguma-iekārtām, nodrošinot drošu iekārtas darbību.

Sprieguma regulēšana: noteikta veida transformatorus (piemēram, piesātināmos reaktorus) var izmantot sprieguma regulēšanai, palīdzot uzturēt sprieguma stabilitāti un nodrošināt energosistēmas uzticamību un stabilitāti.

4. Transformatoru klasifikācija

4.1. Klasificēts pēc ietilpības

• Mazs transformators: spriegums zem 10KV, jauda no 1 līdz 500KVA.

• Mazie un vidējie transformatori: spriegums 35 kV un zemāks, jauda no 630 līdz 6300 kVA.

• Lielie transformatori: spriegums 110 kV un zemāks, jauda no 8000 līdz 63000 kVA.

4.2. Klasificēts pēc lietošanas

• Strāvas transformators: izmanto paaugstināšanai, pazemināšanai, sadalei un savienošanai elektroenerģijas pārvades un sadales sistēmās vai īpaši izmanto kā transformatorus spēkstacijām un apakšstacijām.

• Instrumentu transformatori: piemēram, sprieguma transformatori un strāvas transformatori, ko izmanto mērinstrumentiem un releju aizsardzības ierīcēm.

• Strāvas transformators: izmanto, lai kontrolētu barošanas avotu, apgaismojumu un vispārējo mehānisko iekārtu indikatorus.

• Elektroniskais transformators: izmanto elektroniskajās shēmās, piemēram, slēdžu{0}}režīmu barošanas avotos, audio, impulsu un pretestības saskaņošanā.

• Testa transformators: spēj ģenerēt augstu spriegumu, lai veiktu elektroiekārtu augstsprieguma{0}}pārbaudes.

• Īpaši transformatori: piemēram, elektriskās krāsns transformatori, taisngriežu transformatori, sprieguma regulēšanas transformatori utt.

4.3Klasificēts pēc transformatora tinumu fāžu skaita

• Vienfāzes-transformators: izmanto vienfāzes-slodzēm un trīs-fāžu transformatoru bankām.

• Trīsfāzu transformators: izmanto, lai palielinātu vai samazinātu spriegumu trīsfāzu sistēmās.

4.4. Klasificēts pēc transformatora dzesēšanas metodes

• Sausais{0}}tipa transformators: dzesē ar gaisa konvekciju, parasti izmanto mazas-jaudas transformatoriem, piemēram, lokālajam apgaismojumam un elektroniskajām shēmām.

• Eļļas -transformators: transformators, kas izmanto transformatora eļļu kā izolācijas un dzesēšanas vidi, un serde un tinumi ir pilnībā iegremdēti izolācijas eļļā.

4.5. Klasificēts pēc transformatora tinuma savienojuma veida

• Divu-tinumu transformators: izmanto, lai savienotu divus sprieguma līmeņus energosistēmā.

• Trīs-tinumu transformators: parasti izmanto reģionālajās elektroenerģijas sistēmas apakšstacijās, lai savienotu trīs sprieguma līmeņus.

• Autotransformators: primārais un sekundārais tinums ir apvienoti vienā, ko izmanto dažādu spriegumu energosistēmu savienošanai. To var izmantot arī kā parastu pakāpju-uz augšu vai{2}}pakāpju{2}}transformatoru.

4.6. Klasificēts pēc transformatora darbības frekvences

• Strāvas frekvences transformators: tā darbības frekvence ir 50Hz vai 60Hz.
• Vidējās frekvences transformators: tā darba frekvence ir 400–1000 Hz.
• Audio frekvences transformators: tā darbības frekvence ir 20Hz–20kHz.

• Virsskaņas frekvences transformators: tā darbības frekvence ir virs 20 kHz, parasti nepārsniedz 100 kHz.

• Augstas-frekvences transformators: transformators ar darbības frekvenci no 20 Hz līdz vairāk nekā 100 kHz.

5. Transformatoru pielietošanas scenāriji

5.1 Barošanas sistēma

• Elektrostacijas: transformatorus izmanto, lai palielinātu ģeneratoru radīto spriegumu pārvadīšanai uz elektrotīklu, nodrošinot elektroenerģijas pārvadi lielos{0} attālumos.

• Apakšstacijas: Apakšstacijās transformatori pārvērš augstsprieguma{0}}elektrību zemsprieguma{1}}elektrībā, lai apmierinātu dažādu elektrisko iekārtu vajadzības. Tajā pašā laikā transformatori var veikt arī tādas funkcijas kā reaktīvās jaudas kompensācija un sprieguma regulēšana, nodrošinot stabilu energosistēmas darbību.

• Pārvades līnijas: pārvades līnijās transformatorus izmanto, lai palielinātu spriegumu, lai samazinātu enerģijas zudumus, tādējādi nodrošinot efektīvu elektroenerģijas pārvadi lielos{0} attālumos.

5.2.Civilais sektors

• Mājsaimniecības elektrība: strāvas transformatori pārvērš augstsprieguma{0}}elektrību zema-sprieguma elektroenerģijā, kas piemērota lietošanai mājās, nodrošinot iedzīvotājiem normālu elektroenerģijas patēriņu.

• Akumulatoru uzlāde: neatkarīgi no tā, vai tas ir klēpjdators, tālrunis vai elektriskais transportlīdzeklis, šo ierīču darbībai ir nepieciešami akumulatori, un akumulatoru uzlādēšanai ir nepieciešams transformators. Transformatora galvenā funkcija ir regulēt spriegumu un novērst noplūdes strāvu vai pārsprieguma strāvu iekļūšanu caur ierīcēm.

5.3. Sakaru lauks

Sakaru transformatorus izmanto telefona termināļu ķēdēs un maģistrālo līniju produktos, lai regulētu sakaru ķēžu kvalitāti un stāvokli. Turklāt sakaru transformatorus plaši izmanto kabeļu modemos, tīkla kartēs, centrmezglos, xDSL platjoslas sakaru iekārtās, slēdžos, optiskās šķiedras raiduztvērējos, maršrutētājos, iegultās sistēmās un VoIP tīkla sakaru ierīcēs.

5.4. Citas īpašas lietojumprogrammas

• Audio aprīkojums: Audio transformatorus parasti izmanto, lai nodrošinātu izolāciju signāliem, kas plūst caur ķēdi, un palīdzētu saskaņot avota un slodzes pretestības vērtības. Tie var arī novērst nevēlamus vai trokšņainus signālus un filtrēt ievades signālu. Šāda veida transformatori ir īpaši izstrādāti, lai apstrādātu signālus skaņas diapazonā, tas ir, signālus ar frekvenci no 20 Hz līdz 20 kHz.

• Mērinstrumenti: strāvas mērītāji, sprieguma mērītāji un dažādi citi mērinstrumenti un ierīces vispārīgai darbībai parasti izmanto transformatorus. Piemēram, mērīšanas strāvas transformatori nodrošina ķēdei nepieciešamo drošību, izolējot mērierīci no pārējās ķēdes un nomācot vai pazeminot lielas strāvas līdz optimālām vērtībām, pirms tās tiek padotas ampērmetram.

• Taisngriežu transformatori var pārveidot maiņstrāvu par līdzstrāvu, izmantojot tādus lietojumus kā motora vadība, kalnrūpniecība, elektriskās krāsnis, pētniecības un izstrādes laboratorijas, augstsprieguma{0}}līdzstrāvas pārvade un citas.