Ako funguje napäťový transformátor
Napäťový transformátor sa používa na premenu striedavého napätia jednej veľkosti na striedavé napätie inej veľkosti. Napäťový transformátor funguje vďaka fenoménu elektromagnetickej indukcie: časovo premenný magnetický tok generuje EMF v cievke (alebo cievkach), cez ktorú prechádza.
Primárne vinutie transformátora je svojimi svorkami pripojené na zdroj striedavého napätia a na svorky sekundárneho vinutia je pripojená záťaž, ktorá musí byť napájaná napätím nižším alebo vyšším ako je napätie zdroja, z ktorého tento transformátor je kŕmený.
Ďakujeme za účasť jadro (magnetický obvod)magnetický tok vytvorený primárnym vinutím transformátora nie je nikam rozptýlený, ale je sústredený najmä v objeme ohraničenom jadrom. Striedavý prúdpôsobenie v primárnom vinutí magnetizuje jadro v jednom alebo opačnom smere, pričom zmena magnetického toku neprebieha nárazovo, ale harmonicky, sínusový (ak hovoríme o sieťovom transformátore).
Dá sa povedať, že železo jadra zvyšuje indukčnosť primárneho vinutia, to znamená, že zvyšuje jeho schopnosť vytvárať magnetický tok pri prechode prúdu a zlepšuje schopnosť zabrániť zvýšeniu prúdu pri privedení napätia na svorky vinutia. Preto pri voľnobehu (v režime bez zaťaženia) transformátor spotrebuje iba miliampéry, hoci meniace sa napätie pôsobí na vinutie.
Sekundárne vinutie je prijímacou stranou transformátora. Prijíma meniaci sa magnetický tok generovaný prúdom v primárnom vinutí a posiela ho cez magnetický obvod cez svoje závity. Magnetický tok, meniaci sa určitou rýchlosťou, prenikajúci do závitov sekundárneho vinutia, podľa zákona elektromagnetickej indukcie indukuje určité EMF v každom svojom otočení. Tieto indukované EMF sa pridávajú v každom okamihu otočenia k otočeniu, čím sa vytvorí napätie sekundárneho vinutia (napätie naprázdno transformátora).
Bude načase poznamenať, že čím rýchlejšie sa mení magnetický tok v jadre, tým väčšie je napätie indukované pri každom otočení sekundárneho vinutia transformátora. A keďže do primárneho aj sekundárneho vinutia prechádza rovnaký magnetický tok (vytvorený striedavým prúdom primárneho vinutia), napätie na otáčku primárneho aj sekundárneho vinutia je rovnaké na základe veľkosti magnetického toku. a rýchlosť jeho zmeny.
Ak sa zahĺbite hlbšie, meniaci sa magnetický tok v jadre vytvára v priestore okolo seba elektrické pole, ktorého intenzita je tým väčšia, čím vyššia je rýchlosť zmeny magnetického toku a tým väčšia je hodnota tejto zmeny magnetický tok. Toto vírivé elektrické pole pôsobí na elektróny umiestnené vo vodiči sekundárneho vinutia a tlačí ich v určitom smere, vďaka čomu je možné na koncoch sekundárneho vinutia merať Napätie.
Ak je k sekundárnemu vinutiu transformátora pripojená záťaž, bude cez ňu pretekať prúd, čo znamená, že v jadre sa objaví magnetický tok vytvorený týmto prúdom v sekundárnom vinutí.
Magnetický tok generovaný prúdom sekundárneho vinutia, teda zaťažovacím prúdom, bude smerovaný (porov. Lenzove pravidlo) proti magnetickému toku primárneho vinutia, a preto bude indukovať spätné EMF v primárnom vinutí, čo povedie k zvýšeniu prúdu v primárnom vinutí, a teda k zvýšeniu výkonu spotrebovaného transformátorom z siete.
Vzhľad spätného chodu primárneho, sekundárneho magnetického toku vo vnútri jadra, ako účinok pripojenej záťaže, je ekvivalentný zníženiu indukčnosti primárneho vinutia. To je dôvod, prečo transformátor pod záťažou spotrebuje podstatne viac elektrickej energie ako keď je nečinný.