Transformator

 Navitje transformatorja:  Np               Ns=       

Transformator priključimo na izhodne sponke. Grafikon prikazuje vhodno napetost (napetost na primarni strani) in izhodno napetost (napetost na sekundarni strani) kot funkcijo časa. Ponovni zagon.

Transformator deluje na principu indukcije. Sprememba napetosti v primarnem navitju povzroči spremembo toka na primarnem navitju. Spremenjen magnetni pretok na primarnem navitju inducira efektivno vrednost (napetosti) na sekundarnem razvitju. Če si zamislimo navitje iz žice,  je inducirana efektivna vrednost napetosti odvisna od razmerja sprememb magnetnega pretoka skozi en ovoj navitja in števila ovojev tuljave. Poskusi spreminjati število ovojev na primarni in sekundarni strani transformatorja. Kako se razmerje ovojev odraža na zgornjo vrednost napetosti? Poskusi ugotoviti, ali je razmerje napetosti enako razmerju ovojev? Ko je število ovojev na primarni strani večje kot na sekundarni strani, se na sekundarni strani transformatorja transformira nižja napetost kot je primarna. Če je število ovojev na primarni strani manjše kot na sekundarni, se na sekundarni strani transformira višja napetost.

S spreminjanjem števila ovojev na primarni in sekundarni strani se energija transformatorja ohranja. Idealni transformator (brez izgub), energijo ohranja. To pomeni, da je povprečna moč transformatoja P=(IefUef) na primarni in sekundarni strani enaka. Razmerje števila ovojev na primarni in sekundarni strani je enako razmerju napetosti na primarni in sekundarni strani Np/Ns=Up/Us. Kot primer si oglejmo transformator, ki ima na primarni strani Np= 200 ovojev in na sekundarni strani Ns=20 ovojev. Tok na primarni strani transformatorja je 2 A, tok na sekundarni strani je 20 A. Iz tega zgleda in ohranitve moči pri idealnem transformatorju lahko izpeljemo naslednjo enačbo: Ip*Np=Is*Ns.

Višji izkoristek (oziroma bistveno manjše “izgube”) je razlog, da se pri distribuciji električne energije uporablja izmenični tok  AC, namesto enosmernega  DC. Transformatorji delujejo zaradi   indukcije med primarno in sekundarno stranjo transformatorja. Naredimo jih enostavno, navitje navijemo okrog železnega jedra. Tovarne, ki gradijo transformatorje, se morajo odločiti za  kompromis. V primeru visoke napetosti imajo nizke tokove in obratno, v primeru nizke napetosti imajo visoke tokove. Največkrat prevlada razmerje visoke napetosti in nizkih tokov, vendar moramo pri tem upoštevati tudi toplotne izgube, ki nastanejo zaradi upornosti daljnovodov. Pri distribuciji električne energije imamo na voljo naslednja primera ob domnevi, da je upornost  daljnovoda okrog 10 Ω.

  1. U = 10000 V je napetost v električni centrali 2.0 A je tok po daljnovodih. Skupna moč, ki se izgubi na daljnovodu, je izraľena z naslednjo enačbo I2R = 40 W. Pri tem napetost med elektrarno in končnim uporabnikom upade za pribliľno 20 V.

  2. U = 1000 V je napetost v električni centrali 20 A je tok po daljnovodih. Skupna moč, ki se izgubi na daljnovodu, znaša 4000 W. Padec napetosti v tem primeru je kar 200 V, ali 20 % prvotne napetosti.

Iz zgornjega primera je popolnoma jasno, zakaj se pri distribuciji električne energije odločamo za visoke napetosti in majhne tokove. Elektrarne praviloma proizvajajo elektriko visoke napetosti (pribliľno 20 kV). Ta napetost se potem transformira na nekaj tisoč kV (na primer 300,000 V) in kasneje ponovno transformira nazaj na niľjo napetost, ki jo potrebuje končni uporabnik. To ni tako preprosto, kot je videti, je pa zelo učinkovito z uporabo takoimenovanih AC razdelilnih postaj med daljnovodi.