Transformator – budowa i zasada działania

Transformator to fundamentalne urządzenie w przesyle energii elektrycznej, bazujące na zasadach elektromagnetyzmu^[1]. W jego konstrukcji kluczowe są rdzeń magnetyczny oraz uzwojenia: pierwotne i wtórne. Materiały, z których się go wykonuje, takie jak miedź, aluminium czy szkło metaliczne, również odgrywają istotną rolę w efektywności i żywotności transformatora.

Elementy składowe transformatora

Transformator elektryczny składa się z kilku istotnych komponentów, które wspólnie gwarantują jego poprawne funkcjonowanie. Rdzeń, będący magnetycznym obwodem, przewodzi strumień magnetyczny i najczęściej produkowany jest z cienkich blach stalowych^[2]. Takie rozwiązanie pozwala na zredukowanie strat energii wynikających z prądów wirowych^[2].

Uzwojenia transformatora stanowią kluczowy element, złożone są z przewodów miedzianych lub aluminiowych pokrytych warstwą izolacyjną. Miedź wybiera się często ze względu na jej świetne właściwości przewodzące, chociaż aluminium również znajduje zastosowanie dzięki niższemu kosztowi i mniejszej masie. Uzwojenia dzielą się na pierwotne i wtórne, co pozwala na dostosowanie napięcia do konkretnych wymagań.

Izolacja odgrywa równie ważną rolę, chroniąc przed zwarciami między zwojami^[1]. Do tego celu stosuje się papier izolacyjny lub specjalne tworzywa sztuczne. Każdy z tych składników jest niezbędny w konstrukcji transformatora, gwarantując jego wydajność oraz bezpieczeństwo pracy.

Rdzeń transformatora – obwód magnetyczny

Rdzeń transformatora pełni istotną funkcję, przewodząc strumień magnetyczny. Zazwyczaj wykonany jest z cienkich, stalowych blach, co umożliwia skuteczne łączenie tego strumienia z uzwojeniami pierwotnym i wtórnym, co jest kluczowe dla sprawnego działania urządzenia.

Laminowane blachy, z których składa się rdzeń, redukują straty energii poprzez ograniczenie prądów wirowych, co zwiększa efektywność transformatora^[1]. Jakość magnetycznego obwodu w rdzeniu ma decydujące znaczenie dla całego systemu, gdyż bezpośrednio wpływa na efektywność przekazywania energii.

Uzwojenia transformatora – pierwotne i wtórne

Uzwojenia w transformatorach pełnią istotną funkcję w procesie zmiany napięcia. Uzwojenie pierwotne to ta część, do której doprowadzamy prąd elektryczny^[1]. Przykładowo, w transformatorach zasilających często jest to uzwojenie wysokiego napięcia, które przyjmuje energię o dużym napięciu. Z kolei uzwojenie wtórne przekazuje prąd dalej, działając jako uzwojenie niskiego napięcia, co oznacza, że przesyła energię o mniejszym napięciu, odpowiednim dla urządzeń końcowych.

Uzwojenia są zazwyczaj wykonane z miedzianych lub aluminiowych przewodów pokrytych izolacją, co gwarantuje bezpieczeństwo i sprawność transformacji. Wybór materiału dla przewodników ma znaczenie ze względu na ich właściwości przewodzące i koszty. Miedź jest często wybierana ze względu na doskonałe przewodnictwo, choć aluminium również cieszy się popularnością z uwagi na niższą cenę i mniejszy ciężar.

Starannie zaprojektowane i wykonane uzwojenia pozwalają transformatorom efektywnie zmieniać poziomy napięć, co jest nieodzowne w wielu dziedzinach, zarówno w przemyśle, jak i w gospodarstwach domowych.

Materiały używane w budowie transformatora

Materiały stosowane w konstrukcji transformatora odgrywają kluczową rolę w jego wydajności. Najczęściej na uzwojenia wybierane są miedź i aluminium. Miedź wyróżnia się doskonałą przewodnością elektryczną, natomiast aluminium, dzięki swojej lekkości i niższym kosztom, jest często preferowane w większych instalacjach.

Coraz większą popularność w rdzeniach transformatorów zdobywa szkło metaliczne, które dzięki swoim wyjątkowym właściwościom, takim jak zmniejszenie strat mocy, znacząco podnosi efektywność urządzenia. Redukuje ono straty w żelazie, co jest kluczowe dla poprawy ogólnej sprawności.

Wybór odpowiednich materiałów ma ogromne znaczenie, gdyż wpływa na straty zarówno w miedzi, jak i żelazie, a w efekcie na wydajność całego transformatora. Dodatkowo, niemagnetyczne materiały, takie jak izolacje z tworzyw sztucznych, gwarantują bezpieczne i niezawodne działanie urządzenia.

Miedź i aluminium

Miedź i aluminium to kluczowe surowce stosowane w produkcji uzwojeń transformatorów. Miedź charakteryzuje się znakomitą przewodnością elektryczną, co pozwala na minimalizację strat energii^[4]. Dlatego często jest preferowana tam, gdzie priorytetem jest wysoka efektywność. Z kolei aluminium, choć przewodzi prąd nieco gorzej, ma swoje atuty. Jest ono lżejsze i bardziej ekonomiczne, co czyni je atrakcyjnym wyborem w większych instalacjach, gdzie waga i koszty mają duże znaczenie.

Oba te metale pokrywa się warstwą izolacyjną, co chroni przed zwarciami i zapewnia bezpieczne działanie transformatora.

Decyzja, czy użyć miedzi, czy aluminium, zależy od specyficznych wymagań projektu, takich jak budżet, masa oraz wymagana przewodność.

Szkło metaliczne

Szkło metaliczne stanowi nowoczesny materiał stosowany w rdzeniach transformatorów, który podnosi ich efektywność^[5]. Jego unikalne właściwości przyczyniają się do redukcji strat w żelazie, co jest istotne dla poprawy efektywności energetycznej. Dzięki temu zmniejsza się również utrata mocy, co sprawia, że szkło metaliczne cieszy się popularnością w projektowaniu nowoczesnych transformatorów.

---

Źródła:

• [1] https://alterga.com/blog/2023/budowa-dzialanie-transformatora/
• [2] https://sklep.toroidy.pl/jak-dziala-i-do-czego-sluzy-transformator
• [3] https://zskarlino.pl/wp-content/uploads/2020/04/ITM_PM_Budowa-transformatora-16.04-i-21.04.pdf
• [4] https://pl.wikipedia.org/wiki/Transformator
• [5] https://zpe.gov.pl/a/przeczytaj/D1E7eVDre