A transzformátor
A transzformátor egy villamos gép, amely két áramkör között, elektromágneses úton energiát közvetít. A két áramkör közül azt, ahonnan az energia érkezik, primer áramkörnek, vagy primer oldalnak nevezzük, a másik áramkör a szekunder áramkör vagy szekunder oldal. Mozgó alkatrészt nem tartalmaz.
Működése során a transzformátor primer oldalán a váltakozó áram a nyitott vagy zárt vasmagban váltakozó mágneses fluxust kelt, ami a szekunder áramkörben feszültséget indukál. A szekunder oldalra villamos terhelést kapcsolva megindul a szekunder áram, és ezzel valósul meg az energiaátvitel. A működés alapfeltétele a primer oldali váltakozóáramú táplálás, mivel csak a változó mágneses fluxus képes a szekunder oldalon feszültséget kelteni.
A működési alapelvekből adódik az is, hogy a két áramkörben a frekvencia azonos, míg a primer és szekunder oldali feszültségek aránya igen jó közelítéssel a megfelelő oldali tekercsek menetszámainak arányával egyezik meg. A transzformátorok hatásfoka a gyakorlatban is közel 100%, így a primer és szekunder oldali teljesítmények szinte megegyeznek. Ebből adódik, hogy a primer és szekunder oldali áramok aránya nagyon jó közelítéssel a menetszámáttétel reciprokával arányos.
A transzformátort leggyakrabban a nagy teljesítményű (erőátviteli) villamos hálózatokban használják a feszültségszint megváltoztatására. Ennek jelentősége abban áll, hogy azonos teljesítményt magasabb feszültségű átviteléhez kisebb áramra van szükség, így az átviteli hálózat ohmos veszteségei jelentősen csökkenthetők, és így lehetővé válik a villamos energia nagy távolságokra történő gazdaságos továbbítása. További fontos alkalmazás két áramkör galvanikus leválasztása, illetve az impedancia megváltoztatása.
Michael Faraday 1831-ben határozta meg az elektromágneses indukció törvényeit.
Az első energia-átvitelre alkalmas transzformátort Bláthy Ottó, Zipernowsky Károly és Déri Miksa szabadalmaztatta 1885-ben. A ZBD jelű transzfomátorok a Ganz gyárban készültek Budapesten. Két tekercs helyezkedik el egy közös vasmagon. A bemenő oldalit primer; a kimenő oldalit szekunder tekercsnek nevezik.
A transzformátort burkolat védi, amely elszigeteli a környezettől; viszont rontja annak hőelvezetését. A tekercsek közötti szigetelés fontos szerepe, hogy megakadályozza a menetek zárlatát.
A kölcsönös indukció elvén alapul. Ideális esetben a primer és a szekunder tekercsek között a csatolás tökéletes, azaz mindkét tekercs ugyanazt a mágneses fluxust (Φ) veszi körül. Ekkor a Faraday-féle indukciós törvény alapján (Maxwell II. egyenlete) az N2 menetű szekunder tekercsbe indukált feszültség:
A primer tekercs is ugyanezt a fluxust veszi körül, azaz
A második egyenletet az elsővel elosztva kapjuk azt, hogy a két feszültség hányadosa mindenkor a két menetszám hányadosával egyezik meg, azaz
Az ideális transzformátor áramáttételét Maxwell I. egyenlete alapján határozhatjuk meg. Ez kimondja, hogy bármely zárt térbeli hurokra a mágneses térerősség vonalmenti integrálja megegyezik a zárt hurok által meghatározott felületen átfolyó áramok összegével. (Feltételeztük, hogy az úgynevezett eltolási áramok elhanyagolhatóak.) Ideális csatoláshoz közel végtelen permeabilitású vasra van szükség, így feltételezhetjük, hogy a mágneses térerősség a vason belül közel zérus. Ezzel egy tetszőleges, mindenhol a vasban futó zárt hurokra felírt egyenlet a következő alakra egyszerűsödik:
N1 * I1 + N2 * I2 = 0
Ebből pedig:
A primer és szekunder oldali teljesítmények megegyeznek, de ellentétes előjelűek. Az ideális transzformátor tehát veszteségmentes átalakító.
forrás: wikipedia
