Transformator je električni uređaj koji transformiše energiju iz jednog kola u drugo posredstvom magnetne sprege, bez ikakvih pokretnih delova. Transformator se sastoji od dva (ili više) spregnuta namotaja ili jednog namotaja sa više izvoda i, u većini slučajeva, magnetnog jezgra koje koncentriše magnetni fluks. Naizmenična struja u jednom namotaju će indukovati struju u drugim namotajima.
Transformatori se koriste da spuštaju ili dižu napon, da menjaju impedansu i da obezbede električnu izolaciju između kola.
Celicno jezgro
Transformatori koji se koriste na industrijskim i audio učestanostima imaju jezgro načinjeno od mnogo tankih slojeva dinamo limova. Zbog koncentrisanja fluksa, ti slojevi su obmotani primarom i sekundarom. Pošto je čelično jezgro provodno, ono takođe ima struje indukovane zbog promenljivog magnetnog fluksa. Svaki sloj je izolovan od obližnjeg sloja da bi se smanjili gubici zbog vrtložnih struja koje zagrevaju jezgro. Uobičajeno slojevito jezgro je napravljeno od limova u obliku latiničnih slova ”Е” i ”I”, što im je dalo ime ”EI” transformatori.
Izvesni tipovi transformtora mogu imati zazore napravljene u magnetnim putanjama da spreče zasićenje. Ovi zazori mogu biti korišćeni da ograniče struju u kratkom spoju, kao što je slučaj u transformatorima za neonske svetiljke.
Magnetni histerezis čeličnog jezgra znači da ono zadržava statičko magnetsko polje kada se ukloni napajanje. Kada se napajanje ponovo priključi, zaostalo polje će izazvati veliku struju sve dok se efekat zaostalog polja ne smanji, obično nakon nekoliko ciklusa priključene naizmenične struje. Zaštite od pregorevanja uređaja kao što su osigurači moraju biti odabrani da dozvole ovoj bezopasnoj navali da prođe. Na transformatorima priključenim na duge nadzemne vodove, indukovana struja zbog geomagnetnih poremećaja tokom solarnih oluja može izazvati zasićenje jezgra i nepravilno dejstvo zaštitnih uređaja transformatora.
Torusna jezgra
Torusni transformatori su napravljeni oko jezgra u obliku prstena, koje je napravljeno od dugih traka od silicijumskog čelika ili permaloja obavijenih u namotaj, od gvožđa u prahu ili ferita, zavisno od radne učestanosti. Konstrukcija u obliku traka obezbeđuje da su granice traka optimalno poravnate, povećavajući efikasnost transformatora smanjivanjem opiranja jezgra. Oblik zatvorenog prstena eliminiše vazdušne zazore ubačene u konstrukciju EI jezgara. Poprečni presek prstena je obično kvadratnog ili pravougaonog oblika, ali su skuplja jezgra kružnog preseka takođe prisutna. Primar i sekundar su često namotani koncentrično da prekriju celu površinu jezgra. Ovo smanjuje dužinu potrebne žice i takođe obezbeđuje zaklon da smanji magnetsko polje jezgra od stvaranja elektromagnetnih interferencija.
Torusna jezgra su efikasnija od jeftinijih slojevitih EI jezgara. Druge prednosti u odnosu na {EI}- su manja veličina (za oko polovinu), manju težinu (za oko polovinu), manje mehaničko zujanje (čineći ih superiornim u audio pojačavačima), manjim spoljašnjim magnetskim poljem (oko jedne desetine), postavljanje na jedan stub i više izbora oblika. Glavna mana je veća cena. Nedostatak konstrukcije torusnih transformatora je viša cena po namotaju. To za posledicu ima da se torusni transformatori retko sreću iznad nekoliko kilovoltampera. Mali distribucioni transformatori mogu da iskoriste neke prednosti torusnog jezgra deleći ga i otvarajući ga, a zatim ubacujući klupko koje sadrži namotaje.
Kada se namešta torusni transformator, važno je izbeći slučajno kratko spajanje kroz jezgro. Ovo se može desiti ako je čeličnom stubu jezgra dozvoljeno da dodirne metalne delove sa oba kraja, što može izazvati da opasno velika struja teče kroz stub.
Namotaji
U većini realnih transformatora, primar i sekundar su kalemi sa više navojaka provodne žice jer svaki navojak doprinosi magnetskom polju, stvarajući veću magnetnu indukciju nego što bi samo jedan navojak uradio. Žice susednih navojaka i raličitih namotaja moraju biti izolovane jedne od drugih.
Provodni materijal korišćen za namotaje zavisi od namene. Transformatori malih snaga i signalni transformatori su namotani od žice punog preseka, izolovanim emajlom ili ponekad dodatnom izolacijom. Veliki energetski transformatori mogu imati namotaje od bakra ili aluminijuma pravougaonog preseka ili užastog preseka za vrlo velike struje. Transformatori na visokim učestanostima koji rade na učestanostima od stotina kiloherca imaju namotaje od licnovane žice, da smanje gubitke u provodniku zbog skin (površinskog) efekta. Veliki energetski transformatori takođe koriste použene provodnike, pošto čak i na malim učestanostima nejednaka raspodela struje će postojati u niskonaponskom namotaju (velika struja). Svako uže je izolovano od ostalih, a užad su tako postavljena da na izvesnim tačkama u namotaju ili kroz namotaj, svaki deo ima drugačiji relativni položaj u celom provodniku. Ovo premeštanje izjednačava struju koja teče u svakom užetu provodnika i smanjuje gubitke usled vrtložnih struja u samom namotaju. Použeni provodnik je takođe više savitljiv od čvrstog provodnika slične veličine.
Za signalne transformatore, namotaji mogu biti napravljeni tako da minimizuju ispuštenu induktivnost i zalutalu kapacitivnost čime se popravlja odziv na visokim učestanostima.
Namotaji primara i sekundara energetskih transformatora mogu imati spoljašnje priključke koji omogućavaju podešavanje odnosa napona.
Izolacija
Navoji moraju biti izolovani jedni od drugih da osiguraju da struja teče kroz ceo namotaj; kratki spojevi uklanjaju nekoliko navojaka iz kola, ozbiljno remeteći rad transformatora i pregrevajući ga. Razlika potencijala između susednih namojaka je obično mala, tako da je zaštita emejlom obično dovoljna za transformatore malih snaga.
U energetskim transformatorima, razlika potencijala između namotaja može biti vrlo velika. Izolacija mora biti između različitih namotaja i između navojaka da bi se sprečilo varničenje. Transformatori takođe mogu biti potopljeni u transformatorsko ulje koji obezbeđuje dalju izolaciju. Da bi se obezbedilo da izolaciona moć transformatorskog ulja ne propada, kućište transformatora je kompletno oklopljeno da spreči ulazak vlage. Ulje služi i kao sredina za hlađenje da odvede toplotu sa jezgra i namotaja.
