transformator

transformator (prema lat. transformare: preobraziti, pretvoriti), električni uređaj bez pokretnih dijelova koji međuinduktivno povezuje dva električna strujna kruga izmjenične struje i izmjeničnu električnu struju zadanoga električnoga napona pretvara u izmjeničnu električnu struju višega ili nižega električnoga napona. Glavni su dijelovi transformatora magnetska jezgra i najmanje dva međusobno odvojena namota (tzv. primar i sekundar) s izolacijom (osim kod autotransformatora). U jednofaznom se transformatoru primar i sekundar u načelu sastoji od jednoga, a u trofaznom od triju namota. Primarni i sekundarni namoti obično su postavljeni jedan preko drugoga ili jedan pokraj drugoga kako bi se postigla što bolja međuinduktivna veza. Električna energija prenosi se elektromagnetskom indukcijom od primara na sekundar, bez promjene frekvencije. Omjer efektivne vrijednosti električnoga napona primara U₁ i sekundara U₂ približno je razmjeran omjeru broja zavoja primara N₁ i sekundara N₂, tj. U₁/U₂ = N₁/N₂, a omjer efektivne vrijednosti električne struje primara I₁ i sekundara I₂ približno je obrnuto razmjeran omjeru broja zavoja, tj. I₁/I₂ = N₂/N₁. Ako je električni napon sekundara veći od električnoga napona primara, transformator se naziva uzlazni, a transformator kojemu je električni napon sekundara manji od električnoga napona primara silazni.

Učinski (energetski) transformator većinom se rabi u prijenosu, razdiobi i potrošnji električne energije. Radi smanjenja gubitaka i električne struje praznoga hoda jezgra učinskoga transformatora slaže se od tankih magnetski orijentiranih limova. Namoti su građeni od žice kružna presjeka ili profilnih vodiča od elektrotehničkoga bakra električne provodnosti 58 × 10⁶ S/m pri 20 °C. Zavoji namota najčešće su izolirani lakom ili papirom. Jezgra i namoti uljnih transformatora uronjeni su u izolacijsku tekućinu (transformatorsko ulje). Toplina razvijena u namotima i jezgri prenosi se preko ulja na tzv. kotao (konzervator) i rashladne uređaje, a odatle u okolinu. Zbog promjene temperature ulje mijenja volumen, pa transformator treba imati dodatni prostor u kotlu ili mogućnost promjene volumena kotla (tj. kotao od valovita lima). Nazivna električna snaga P_N transformatora dogovorna je vrijednost njegove prividne električne snage i osnova je za projektiranje, deklariranje, ispitivanje i određivanje njegove nazivne električne struje. Nazivni električni napon U_N napon je na koji se transformator priključuje. Nazivna električna struja I_N struja je kroz linijsku stezaljku transformatora; određena je nazivnom električnom snagom i nazivnim električnim naponom, za jednofazne je transformatore određena izrazom I_N = P_N/U_N, a za trofazne I_N = P_N/(√ 3  U_N). Gubitci praznoga hoda jednaki su djelatnoj snazi koju transformator uzima iz električne mreže, ako je na jedan namot priključen nazivni električni napon nazivne frekvencije, a svi su ostali namoti otvoreni; mjere se tzv. pokusom praznoga hoda. Električni napon kratkoga spoja U_k napon je koji je potrebno priključiti na linijske stezaljke jednoga namota da bi potekla nazivna električna struja uz kratko spojene stezaljke drugoga namota; mjeri se tzv. pokusom kratkoga spoja, a obično se izražava u postotcima nazivnoga električnoga napona: u_k = (U_k/U_N) · 100. Transformatorski spoj jest spoj primarnoga i sekundarnoga namota trofaznoga transformatora; spoj dvonamotnoga trofaznoga transformatora označuje se tako da se prvo navede znak spoja višega električnoga napona (za spoj u zvijezdu znak Y, u trokut znak D, u cik-cak znak Z), zatim znak spoja nižega električnoga napona (y, d i z) i na kraju tzv. satni broj ili satni kut (višekratnik kuta od 30° za koji niski fazni električni napon zaostaje za istoimenim visokim), npr. Dy5.

Autotransformator (transformator u štednom spoju, štedni transformator) je transformator s jednim namotom, odnosno s namotima koji su međusobno spojeni. Njegova je prednost što je manji, lakši i jeftiniji od dvonamotnih transformatora a nedostatak što ne osigurava električnu izolaciju električnoga strujnoga kruga.

Izolacijski transformator (odvojni transformator) služi za zaštitno odvajanje električkih strujnih krugova, kako bi se smanjila opasnost od dodira uzemljenih dijelova i dijelova pod električnim naponom pa su primarni i sekundarni namot dodatno izolirani međusobno, od magnetske jezgre i od kućišta. Izolacijski transformator kojemu je prijenosni omjer 1 : 1 naziva se međutransformatorom.

Zakretni transformator je regulacijski transformator kojemu primarni namot čini namot rotora, a sekundarni namot čini namot statora zakočenoga asinkronoga električnoga motora. Namot rotora spojen je na jednofaznu ili trofaznu mrežu, a njegovo okretno magnetsko polje inducira električni napon u statorskom namotu. Zakretanjem rotora (primara) može se kontinuirano mijenjati električni napon statora (sekundara).

Mjerni transformator sadrži primarni namot koji se uključuje u mjerni krug, i sekundarni namot na koji se priključuju mjerni instrumenti ili zaštitni uređaji. Primarni namot naponskoga mjernoga transformatora spaja se paralelno trošilu kojemu se mjeri električni napon, a primarni namot strujnoga mjernoga transformatora spaja se serijski s trošilom. Prijenosni omjer mora biti točno poznat, a fazni pomak između primarnih i sekundarnih veličina (električnoga napona, odnosno struje) zanemariv.

Audiofrekvencijski transformator (tonski transformator) s pomoću posebne konstrukcije (mali rasipni induktiviteti i kapaciteti) omogućuje prijenos audiofrekvencijskih signala (od 16 Hz do 20 kHz). Služi za prilagodbu mikrofona mikrofonskomu pojačalu ili zvučnika izlaznomu pojačalu električne snage, ili za sprječavanje prolaska istosmjerne komponente signala između stupnjeva pojačala.

Prvi transformator sa zatvorenom magnetskom jezgrom prikazan je na izložbi inovacija u Budimpešti 1885 (Károly Zipernowsky, Miksa Déry i Otto Titusz Bláthy, madžarski inženjeri u tvornici Ganz). Prvi trofazni transformator razvijen je 1889 (Mihail Osipovič Dolivo-Dobrovolski). Nikola Tesla izumio je 1891. Teslin transformator, namijenjen stvaranju vrlo visokih elektrinih napona uz visoku frekvenciju izmjenične električne struje.

Proizvodnja transformatora u Hrvatskoj započela je 1946. u tvornici Rade Končar. Danas se u tvornici Končar–Energetski transformatori proizvode između ostalih generatorski transformatori električne snage do 800 MVA i električnoga napona do 420 kV, transformatori za povezivanje mreža električne snage do 600 MVA i napona do 420 kV te strujno-naponski mjerni transformatori električnoga napona do 420 kV.