Трансформатор — електричен уред што ја пренесува електричната енергија со променливо поле од едно во друго коло, без никакви подвижни делови. Трансформаторот се состои од две (или повеќе) намотки или една намотка со повеќе изводи. Трансформаторите се користат да го зголемуваат или намалуваат напонот, да го менуваат отпорот, или да обезбедат електрична изолација помеѓу колата.
Трансформаторот е еден од наједноставните електрични уреди. Неговиот основен дизајн, материјалите и принципите малку се промениле во последните 100 години, но сепак дизајнот и материјалот на трансформаторот продолжуваат да се унапредуваат. Трансформаторите се значајни за пренесување на електрична енергија со висок напон кој обезбедува заштеда во текот на преносот на поголема далечина.
Најпростите трансформатори се составени од две намотки- примар и секундар. Наизменичната струја која тече низ намотките на примарот создава магнетен тек кој, преку јадрото, предизвикува индукција во намотките на секундарот.
Главната примена на трансформаторите е за снабдување на енергија од електричните централи, преку преносната мрежа, до крајните потрошувачи. При овој пренос, енергијата претрпува неколку трансформации во т.н. трафостаници.
Идеални трансформаторски равенки Според Фарадеевиот закон за индукција: . . . (1)[б 1]
. . . (2)
Каде е моменталниот напон, е бројот на намотки на калемот, dΦ/dt е изводот од магнетниот тек Φ низ една намотка низ калемот за време (t), додека пак показателите P и S се ознаки за примар и секундар.
Комбинирајќи го односот од равенките 1 и 2:
Односот на намотки . . . (3)
(Забелешка: Намалувачките трансформатори имаат a>1, додека пак зголемувачките трансформатори имаат a<1.)
Според законот за запазување на енергијата, активната, вкупната и реактивната моќ се запазени при влезот и излезот од калемите
. . . (4)
Каде е запазената моќност и и струјата.
Поврзувајќи ги равенките 3 и 4[б 2] се добива идеалниот трансформаторски идентитет
. (5)
Каде е индуктивитетот.
Според Омовиот закон и идеалниот трансформторски идентитет
. . . (6
. (7)
Каде е секундарната импеданција.
е активната импеданција на напонот.
Идеален трансформатор е теоретски, линиски трансформатор кој нема загуби и е совршено индуктивно споен. Совршеното спојување наведува дека имаме бесконечно висока магнетна пробивност во јадрото и индукции во намотките и збир на магнетомоторната сила еднаков на 0.[б 3]
Променливата струја во примарот создава променлив магнетен тек во јадрото на трансформаторот и променливо магнетно поле во внатрешноста на секундарот. Ова променливо магнетно поле на секундарот индуцира променлива ЕМС или напон во секундарот како резултат на електромагнетната индукција. Примарот и секундарот се намотани околу јадрото ао бесконечно силна магнетна пермиабилност[б 5]за да сите магнетни текови поминуваат низ двете примарна и секундарна намотка.Со извор на струја поврзан на примарот и импеданција поврзана со секундарот, струите од трансформаторот течат во посочените насоки. (Погледајте Поларност.)
Според Фарадеевиот закон, кога магнетниот тек поминува низ примарот и секундарот во идеален транформатор напунот што се создава во секоја од намотките е пропорционален со бројот на навивките на намотките. Во секундарот напонот е одреден според Фарадеевата равенка 1 (Погледајте ја кутијата десно). Во примарот напонот е одреден според равенката 2.. Примарната ЕМС понекогаш се нарекува повратна ЕМС.[б 6] Ова е во согласност со Ленцовиот закон, кој гласи дека индукцијата од ЕМС секогаш се спротивставува на создавањето на каква било промена во магнетното поле.
Односот меѓу напоните на намотките е правопропорционален на односот на навивките на намотката според 3-та равенка.[б 7] Но, некои извори ја користат реципрочната вредност.[б 8]
Според законот за запазување на енергијата, каква било импеданција поврзана на секундарот на идеалниот трансформатор ќе доведе до запазување на активната, реактивната и вкупната моќност која е во согласност со 4-та равенка.
Идентитетот за идеалниот трансформатор прикажан во равенката 5 е разумна претпоставка за вообичаениот комерцијален трансформатор, при што односот на напонот и односот на намотките е обратнопропорционален на соодветниот однос на струите.
Според Омовиот закон и иденитетот за идеалниот трансформатор:
Моделот за идеалниот трансформатор го занемарува следниве основни гледишта за вистинските трансформатори:
(а)Јадрени загуби, колективно наречени загуба на магнетизирана јачина на струја, се состојат од:
(б) За разлика од идеалниот модел, намотките на реалниот трансформатор имаат отпор и индуктивност поврзани со:
(в)слично на индуктор, паразитскиот капацитет и саморезонансната појава се должат на распределбата на електричното поле. Најчесто предвид се земаат три видови на паразитски капацитет и ги имаме следниве равенки за затворените јамки
Моделот на трансформаторот со капацитетот е доста сложен и ретко се користи; дури и еквивалентното коло на ‘вистинскиот’ трансформатор не го вклучува паразитскиот капацитет. Но, капацитетот може да се измери со споредување на индукцијата на отвореното коло и индукцијата на краткиот спој.
Моделот на идеалниот трансформатор докажува дека целиот тек создаден од примарот ги поврзува ги поврзува сите навивки од секоја намотка, вклучувајќи го и примарот. Во практиката, дел од текот опфаќа делови надвор од намотките. Оваквиот тек е наречен „истечен тек“ и доведува до [[протекување на индукцијата во сериски со заедничките намотки на трансформаторот . Протечениот флуџ доведува енергијата да биде алтернативно зачувана и да се испразни од магнетните полиња со секој круг на струјата. Не е директна загуба на сила, но доведува до инфериорна регулација на напонот, предизвикувајќи секундарниот напон да не биде правопропорционален на примарниот напон, особено под голем товар. Па така трасформаторите најчесто се дизајнирани да имаат многу мал проток на индукција.
Во некои случаи кога намерно во осмислата да на трансформаторот постои потреба за ограничување на дотокот на струја од краткиот спој поволно е да се има зголемен проток , долги магнетни патеки, искришта, или магнетни премостувања. Протечните трансформатори може да се користат за оптоварување за кое својствен е негативен отпор, како што се електрични лакови, живини и натриумски ламби и неонски реклами или за безбедно справување со оптаварувања кои периодично постануваат кратки споеви, како на пример електролачното заварување.
Искриштата исто така ќе се користат кај трансформаторите за спречување на заситувањето, особено кај аудиочестотните трансформатори во кола кои имаат еднонасочно струен елемент кој се протега низ намотките . Заситувачкиот реактор го искористува заситувањето од јадрото за да се управува променливата струја.
Доколку постои протекување на индуктивноста може да се искористи и кај трансформаторите кои се сврзани паралелно. Може да се покаже дека доколку процентуалната импеданција [б 9] и придружниот протекувачки однос од реактансата и отпорот во намотките (X/R) за два трансформатори кои хипотетички се подеднакво исти. Овие трансформатори ќе ја споделуваат моќноста пропорционално на нивните соодветни волт-амперски каратеристики(пр. 500 kVA паралелно сврзан со 1.000 kVA, па така поголемиот трансфорамтор ќе може да издржи двојно поголема струја). Но, толеранцијата на имеданцијата на комерцијалните трансформатори е значителна. исто така, Z импеданцијата и односот X/R на трансформатори со различен променлив капацитет, па така за 1.000 kVA и 500 kVA вредностите се Z ≈ 5.75%, X/R ≈ 3.75 и Z ≈ 5%, X/R ≈ 4.75.
Разгледувајќи ја шемата, физикото однесување на практичниот трансформатор може да се прикаже со модел на еквивалентно коло, кое може да вклучува идеален трансформатор.
Џуловите загуби и протекувачките реактанции во намотките се претставени со следните серирски сврзани јамчести импеданции на моделот:
Во нормалниот тек на претворањето на еквивалентното коло, RS иXS во практиката е обично наречено приамарна страна со множење на овие импеданции според квадратот од односот бројот на навивките.(NP/NS) 2 = a2.
Загуба во јадрото и реактанцата е претставена со следниве премостувани имеданци на моделот:
RC и XM збирно се наречени магнетизирачка гранка на моделот.
Јадрените загуби се предизвикани најчесто од хистерзисот и ефектите на вртложните струи во јадрото се пропорционални на квадратот на јадрениот тек при определена честота. Конечната пермеабилност на јадрото побарува магнетизирачка струја IM за да се одржи заедничкиот тек во јадрото. Магнетизирачката струја е во фаза со текот, односот помеѓу двете се нелинеарни поради заситувачките ефекти. Но, сите импеданци од прикажаното еквивалентното коло по дефиниција се линеарни и нелинеарни ефекти не се типично рефлектираниво еквивалентните кола на трансформаторот.. Со синусоиден извор, јадрениот тек поместен од ЕМС за агол од 90°. Секундарот е отворено коло , при што струјата на магнетизирачката гранка I0 е еднаква на трансформаторската неоптоварена струја.
Добиениот модел, иако понекогаш именуван како „точнo“ еквиваленто коло засновано на линиски претпоставки, се задржуваат бројни приближности . Анализата се поедноставува со препоставување дека импеданцата на магнетизирачките гранки е релативно висока и ја релоцира гранката на лево од примарната импеданца. Ова воведува грешка но дозволува комбинација на примарни и секундарни отпори и реактанти од просто собирање на две сериски импеданци.
Импеданцијата на еквивалентното коло и односот на параметрите на трансформаторот можа да бидат изведеде од следните тестови: пасивен мод, [б 10] мод на краток спој,мод на отпор на намотки, и мод на однос на трансформатор.
Ако текот во јадрото е само синусоиден, односот помеѓу било која намотка и нејзиниот квадратно средичен напон Erms на намотката , и честотата на изворот f, бројот на намотки N, површината на пресекот на јадрото a во m2 и максималната густина на магнетниот тек Bmax во Wb/m2 или T (тесли) е дадена со сеопштата равенка за ЕМС:
Ако текот не содржи аликвотни тонови следните равенки може да се искористат за полуцикличниот просечен напон Eavg од кој било бранов облик:
Точкастата конвенција честопати се користи за шеми на трансформатори, плочи или крајни ознаки за да ја дефинира релативната поларност на намотките на трансформаторот. Моменталното зголемување на јачината на струјата која влегува во крајот на „точката“ на примарот индуцира позитивен поларен напон кој излегува од крајот на „точката“ на секундарот.
Трофазни трансформатори користени во системи за електрична струја имаат плоча со име која укажува на фазните односи меѓу нивните терминал. Ова може да биде во облик на шема на комплексна амплитуда или користејќи азбучнобројчен код да се покаже типот на внатрешна вреска за секоја намотка.
Електромоторната сила на трансформатор со одреден тек се зголемува со честотата. При работење на високи честоти, трансформаторите можат да бидат физички покомпактни бидејќи јадрото може да префрли повеќе сила без да постигне заситување и потребни се помалку навивки за да се постигне истата импеданса. Но, својствата како јадрена загуба и спроведувачки скин ефект исто така се зголемува со честотата. Воената опрема применува 400 Hz извори на енергија кои ги намалуваат тежините на јадрото и намотката. Спротивно, честотите користени за системи на железничка електрификација биле многу пониски (пр. 16.7 Hz и 25 Hz) отколку нормалните употребувани честоти (50–60 Hz) за историски причини поврзаниглавно со границите на раните влечни мотори .
Управувањето на трансформатор на својот дизајниран напон но поголема честота отколку што е наменет ќе доведе до намалена магнетизирачка струја. На пониска честота магнетизирачката струја ќе се зголеми. Управување на голем трансформатор на различна честота од дизајнираната ќе бара оценување на напони, загуби и ладење за да воспостави дали безбедната работа е практична. На пример, на трансформаторите може да им е потребно да имаат вградено „ волти на херц“ над исцрпеност, релеи за да го заштитат трансформаторот од преголем напон при високи честоти.
Трансформатори со затворени јадра се конструирани во „јадрен облик“ или „оклопен облик“. Кога намотките го обиколуваат јадрото, трансформаторот е во јадрен облик; кога намотките се обиколени од јадрото, трансформаторот е во „оклопен облик“. Оклопниот облик може да биде попреовладувачки отколку јадрениот облик за дистрибуција на распределбени трансформаторски примени бидејќи е полесно да се мести јадрото околу намотките. Дизајнот на јадрениот облик има тенденција да биде поекономично па така попреовладувачко отколку дизајнот на оклопниот облик за високо напонски трансформаторски примени на долниот крај од нивниот напон додека пак моќноста се движи помалку или еднакво , номинално, 230 kV или 75 MVA) На повисок напон и моќност , трансформаторите со оклопен облик имаат тенденција да бида попреовладувачки . Дизајнот на оклопниот дизајн е претпочитан за многу високнапон и високи MVA намени бидејќи, иакотреба повеќе интензивен напор за да се произведе , трансформатори со оклопен облик се карактеристични за тоа што имаа подобар однос на kVA спрема тежина, подобри одлики на јачина на краток спој и поголема отпорност на оштетување на премини.
Трансформаторите со висока честота кои работат со десетици до стотици килохерци, често имаат намотки направени од испреплетена лицнеста жица за да се намалат загубите од површинскиот и ефектот на близина. Големите енергетски трансформатори исто така користат повеќенаменски проводници, зашто инаку неуниформниот пренос на струја би постоел во намотки со висока струја дури и на честоти со ниска моќност. Секое влакно е поединечно изолирано, а тие се распоредени така што во одредени точки во намотката или низ целата намотка, секој дел зазема различни релативни позиции во целиот проводник. Преносот се изедначува со струјата која протекува во секое влакно од проводникот и ги намалува загубите на струја во самата намотка. Овој проводник е исто така пофлексибилен од цврст проводник со иста величина, помагајќи во производството.
За да се подобри високочестотниот одѕив, намотките на сигналните трансформатори го намалуваат истекувањето на индукцијата и залутаниот капацитет. Калемите се поделени на делови, а тие делови се испреплетуваат со деловите на другата намотка.
Трансформаторите со честота на моќност за подесување на напонот можат да имаат „славини“ на средните точки на намотката, обично на страната со поголема волтажа. Славините можат рачно да се поврзат или пак да се обезбеди рачен или автоматски прекинувач за смена на славините. Автоматски уреди за полнење наизменична струја се користат во преносот или дистрибуцијата на електрична енергија, за опрема како што се трансформери на електролачни печки или за автоматски регулатори на напонот за чувствителни товари. Аудиочестотните трансформатори, кои се користат за пренос на аудио кај мегафоните, имаат славини кои дозволуваат подесување на импедансата на секој звучник. Трансформер со централна славина често се користи во излезната фаза од засилувачот на аудио моќноста во потисни кола. Модулационите трансформатори во АМ предавателите се многу слични.
Системите за изолација на сувиот тип трансформери со намотки можат да бидат или стандардни конструкции на „дип-енд-бејк“ со отворен калем или дизајни со повисок квалитет кои вклучуваат импрегнација на вакуумски притисок (ВПИ), вакуумско инкапсулирање на притисокот (ВПЕ) и процеси на инкапсулација на калемот. Во ВПИ процесот, се користи комбинација на топлина, вакуум и притисок за темелно запечатување, врзување и елиминирање на вовлечените воздушни празнини во слојот премачкан со смола за изолација на слоевите од полиестер, на тој начин зголемувајќи го отпорот кон короната. ВПЕ намотките се слични на ВПИ намотките, но обезбедуваат поголема заштита од влијанијата на животната средина, како што се вода, нечистотија или корозија, користејќи повеќекратни премачкувања, вклучувајќи го завршниот епоксиден слој.
Што се однесува на фотографијата погоре на која се прикажани пресеците на намотките на трансформатор: Спроводниот материјал кој се користи за намотките зависи од употребата, но во сите случаи поединечните вртежи мораат да бидат електрично изолирани еден од друг за да се осигура дека струјата минува низ секој од нив. За сигналните и трансформаторите со мала моќност, каде што струите се ниски и потенцијалната разлика помеѓу соседните вртежи е мала, калемите се често намотани со емајлирана магнетна жица, како што е Форвар жицата. Трансформаторите со поголема моќност кои работат на високи напони, можат да бидат намотани со спроводници со правоаголни ленти од бакарна изолација, изолирани со хартија потопена во нафта и со блокови даски.
Правило е очекуваниот животен век на електричната изолација да е преполовен за секое зголемување од 7 °C до 10 °C во работната температура (на пример примената на Арениусова равенка).[б 14]
Малите трансформатори од сув тип и трансформаторите потопени во течност често се самооладуваат од природна конвенција и зрачна топлотна дисипација. Како што се зголемуваат нивоата на моќност, трансформаторите често се ладат со воздушно ладење, присилено маслено ладење, ладење со вода или комбинација на овие. Големите трансформатори се наполнети со трансформаторно масло што истовремено ги лади и изолира намотките. Трансформаторното масло е високо рафинирано минерално масло што ги лади намотките и изолацијата циркулирајќи во трансформаторскиот резервоар. Минералното масло и хартиениот изолационен систем темелно се истражени и користени повеќе од 100 години. Приближно 50% од енергетските трансформатори ќе преживеат 50 години користење, а просечната старост на неуспешните енергетски трансформатори е од 10 до 15 години. Околу 30% од неуспехот на енергетските трансформатори е поради изолација и преоптеретување. Продолжената работа на повишена температура ги намалува изолационите својства на изолацијата на намотките и диелектричното разладувачко средство, што не само што го намалува животот на трансформаторот, но исто така може да води до негово катастрофално откажување. Со голем број на емпириски истражувања како водичи, тестирањето на трансформаторското масло, вклучувајќи ја анализата на разреден гас, обезбедува важни информации за одржувањето. Ова ја истакнува потребата за следење, моделирање, предвидување и управување со условите на температурна изолација на маслото под различни, евентуално тешки услови на преоптеретување.
Регулациите кај градењето во многу јурисдикции бараат трансформаторите наполнети со течност во затворен простор да користат или диелектрични течности што се помалку запалливи од маслото или да бидат вградени во огноотпорни простории. Сувите трансформери со воздушно сушење, можат да бидат поекономични, таму каде што ја намалуваат цената на огноотпорна трансформаторска просторија.
Резервоарот на трансформаторите исполнети со течнот, често имаат радијатори со помош на кои циркулира разладувачката течност со природна конвекција или перки. Некои големи трансформатори имаат електрични фенови за воздушно присилено ладење, пумпи за присилено ладење со течност или имаат разменувачи на топлина за ладење со вода. Трансформаторите потопени во масло можат да бидат опремени со Бухолцовиот релеј, кој, зависно од јачината на акумулацијата на гасот поради внатрешно искривување, се користи за да го алармира или деенергизира трансформаторот. Изолациите на трансформаторите потопени во масло обично вклучуваат мерки за заштита од оган, како што се ѕидови, задржување на масло и противпожарни апарати.
Полихлоронираните бифенили имаат својства кои во минатото ја фаворизирале нивната употреба како диелектрично разладувачко средство, но грижите за нивната одржливост во околината довеле до широка забрана за нивна употреба. Денес, нетоксични, стабилни и масла засновани на силициум или флуоројаглероводороди можат да се користат кога трошоците за огноотпорна течност ги надминува трошоците за градење на трансформаторски свод. ПЦБ-овите за нова опрема биле забранети во 1981 и во 2000 за употреба во постоечката опрема во Велика Британија. Законите донесени во Канада помеѓу 1977 и 1985 во суштина ја забранува употребата на ПЦБ во произведените или увезените трансформатори по 1980 година.
Некои трансформатори, наместо да се исполнети со течност, нивните намотки се затворени во запечатени резервоари под притисок и се ладени со гас на азот или сулфур хексафлуорид.
Експерименталните енергетски трансформатори во опсегот од 500 до 1.000 kVA се изградени од намотки со течни азотни или хелиумови суперспроводнички намотки, што ја намалува загубата на намотки, без да влијае врз загубите на јадрото.
Правењето трансформатори засновани на нафта бара изолацијата која ги покрива намотките темелно да се исуши преостанатата влага од додавањето нафта. Сушењето се одвива во фабрика, а може да се бара и како теренски сервис. Сушењето може да се врши со циркулација на топол воздух околу јадрото, со циркулација на надворешно загреано трансформаторско јадро или со сушење со пареа (ВПД), каде испарен растворувач ја пренесува топлината со кондензација на калемот и јадрото. Кај ВПД процесите најчесто се користи керозинот како течност за размена на топлината. Покрај намалувањето на влагата во изолацијата, керозинот дејствува како средство за чистење кое ја чисти прашината и нечистотијата од изолационите површини. Споредено со конвенционалниот процес на сушење со топол воздух, сушењето со пареа го намалува времето на сушење од 40% до 50%.
За малите трансформатори се користи отпорно загревање со инјектирање на струја во намотките. Загревањето може многу добро да се да се контролира и е енергетски ефикасно. Методот е наречен нискочестотно загревање (ЛФХ), зашто струјата што се користи е на многу помала честота од онаа на електричната мрежа, која обично е 50 или 60 Hz. Помалата честота го намалува ефектот на индукција, па потребниот напон може да биде намален. ЛФХ методот на сушење е исто така корисен за сервис или поправка на постари трансформатори.
Поголемите трансформатори имаат високонапонски изолациони чашки направени од полимери или порцелан. Една голема чашка може да биде комплексна структура, бидејќи мора да обесбеди внимателна контрола на градиентот на електричното поле без да му дозволи на трансформаторот да пропушти масло.
Според намената постојат мноштво од најразлични видови трансформатори, од кои најважни се следниве:
Постојат многу други специјални видови трансформатори.
Сите големини со кои се определува номиналниот режим на работа се номинални големини. Номинален режим на работа на трансформаторот е режим кој е дефиниран со податоците наведени на плочката (табличка) од производителот, која мора да биде цврсто и трајно фиксирана на видливо место. Под номинални големини се подразбираат:
Може да се наведат и други дополнителни податоци во зависност од трансформаторот.
Примената на трансформаторите е мошне широка, почнувајќи од пренос и дистрибуција на електрична енергија, потоа преку трансформација на напони и струи во разни индустриски постројки, до примена во радиотехниката, техника на врски, автоматика, телемеханика, мерна техника, итн. Во зависност од областа на примена и намената на трансформаторот, номиналната моќност и напоните се движат во многу широки граници: од неколку , па сè до неколку стотини . Денес, најголемите трансформатори се со моќности од ред на големина неколку илјади и за напони од 400 .
Зашто високите напони што ги има во жиците се значително поголеми од она што е потребно во домот, трансформаторите исто така во голема мера се користат кај електричните производи за да се намали напонот на напојување до ниво коешто ќе биде погодно за ниските напонски кола што ги содржат. Трансформаторот исто така електрично го изолира крајниот корисник од контакт со напонот на напојување. Трансформаторите се користат за да се зголеми напонот пред пренесување електрична енергија на големи растојанија преку жици. Жиците имаат отпор кој губи енергија преку џулево загревање со брзина која одговара на квадратот на струјата. Со претворање на моќ во поголем напон, трансформаторите овозможуваат економски пренос на моќ и дистрибуција. Последично, трансформаторите ја обликуваа индустријата за снабдување со електрична енергија. Вкупната, освен мал дел од светската електрична енергија, има поминато низа трансформатори за да дојде до потрошувачот.
Сигналните и аудио трансформатори се користат за спарување на засилувачи и за да се поврзат уреди како што се микрофони и снимачи на влезот на засилувачите. Аудио трансформаторите им дозволија на телефонските кола да водат двонасочен разговор преку еден пар жици.Балун трансформаторот претвора сигнал кој се однесува до земјата во сигнал кој има балансиран напон до земја, како што е помеѓу надворешни кабли и внатрешни кола. Трансформаторите направени според медицински стандарди ги изолираат корисниците од еднонасочната струја. Овие можат да се сретнат во комбинација со болничките кревети, стоматолошките столчиња и друга медицинска лабораториска опрема.
Електромагнетната индукција, принципот на работа на трансформаторот, е откриена од Мајкл Фарадеј во 1831, Џозеф Хенри во 1832 и други. Врската помеѓу ЕМС и магнетниот тек е претставена со равенката позната како Фарадеев закон за индукција:
каде е магнитудата на ЕМС во волти, а ΦB е магнетниот тек низ колото претставен во вебери.
Фарадеј извел експерименти за индукција помеѓу калеми од жица, вклучувајќи намотување пар намотки околу железен прстен, на тој начин создавајќи го првиот трансформатор со тороидно затворено јадро. Сепак, тој применил само самостојни пулсови на струја во неговиот трансформатор и никогаш не го открил односот помеѓу вртежите и ЕМС во намотките.
Првиот тип на трансформатор кој широко се применувал бил индукциониот калем или индукторот, изумен од страна на Николас Калан од колеџот Мејнут, Ирска во 1836 година. Тој бил еден од првите истражувачи кои сфатиле дека колку повеќе вртежи има секундарот во однос на примарот, толку поголема ќе биде индуцираната секундарна ЕМС. Индукторите се развиле од напорите на научниците и иноваторите да добијат поголем напон од батериите. Зашто батериите произведуваат еднонасочна струја наместо наизменична, индукционите калеми се потпираат на вибрирачкиот електричен контакт што редовно ја прекинува струјата во примарот за да ја создаде промената на текот потребна за индукција. Помеѓу 1830-тите и 1870-тите, напорите да се направат подобри индуктори пополека ги откриле основните принципи на трансформаторите.
До 1870-тите биле достапни ефикасни генератори кои произведувале наизменична струја и е утврдено дека наизменичната струја може да го напојува индукциониот калем без прекинувач.
Во 1876, рускиот инженер Павел Јаблочков изумил систем за осветлување заснован врз сет на индукциони калеми, каде примарните намотки биле поврзани со извор на наизменична струја. Секундарните намотки можеле да бидат поврзани со неколку „електрични свеќи“ (лачни лампи) од негов сопствен дизајн. Калемите на Јаблочков воглавно функционирале како трансформатори.
Во 1878, фабриката Ганз во Будимпешта, Унгарија, започнала произведување на опрема за електрично осветлување и до 1883, вградила над педесет системи во Австроунгарија. Нивните системи со наизменична струја користеле лачни лампи, генератори и друга опрема.
Луциен Гаулард и Џон Диксон Гибс, во Лондон 1882 година, станале првите кои изложиле уред со отворено железно јадро наречено „секундарен генератор“, а потоа ја продале идејата на Вестингхаус компанијата во САД. Исто така го изложиле изумот во Торино, Италија во 1884, каде што бил прилагоден на систем за електрично осветлување.
Индукционите калеми со отворени магнетни кола се неефикасни во преносот на енергија до потрошувачите. До околу 1880, парадигмата за пренесување на назименична струја од високонапонско напојување до нисконапонски потрошувач била сериско коло. Трансформерите со отворено јадро со опсег од приближно 1:1 биле сериски поврзани со нивните примари за да се овозможи користење на висок напон за пренос, воведувајќи им низок напон на лампите. Маната на овој метод била таа што исклучувањето на една лампа или друг електричен уред ќе влијае врз напонот кој им се испорачува на сите други уреди во истото коло. Многу прилагодливи трансформаторски дизајни биле претставени да ја надокнадат оваа проблематична одлика на сериското коло, вклучувајќи ги и оние методи на прилагодување на јадрото или заобиколување на магнетиниот тек околу делови на калемот.. Ефикасни и практични дизјани на трансформатори не се појавиле до 1880-тите, но за една деценија, трансформаторите ќе бидат инструменти во Војната на струите, па по победата на наизменичната струја над еднонасочната, останува во доминантна позиција од тогаш.
Во есента 1884, Кароли Зиперновски, Ото Блати и Микса Дери (ЗБД), три инженери кои се поврзуваат со фабриката Ганз, забележале дека уредите со отворено јадро се непрактични поради нивната неспособност сигурно да го регулираат напонот. Кај нивните заеднички патенти од 1885 за нови трансформатори (подоцна наречени ЗБД трансформатори), опишале два дизајна со затворени магнетни кола каде бакарните намотки биле или а) намотани околу железно прстенесто јадро од жица или б) обиколени од јадро од железна жица. Двата дизајна биле првите примени на двете основни конструкции на трансформатори, сè уште во употреба до денешен ден, кои како класа можат да се наречат како или форма на јадро или форма на школка (или пак алтернативно, тип на јадро или тип на школка) како а) или б), соодветно (види фотографии). Фабриката Ганз во есента 1884, исто така направила испорака на првите пет високоефективни трансформери на наизменична струја во светот, меѓу кои првиот од уредите е испорачан на 16 септември 1884. Оваа прва единица е произведена со следниве спецификации: 1.400 W, 40 Hz, 120:72 V, 11.6:19.4 A, опсег 1.67:1, еднофазна, форма на школка.
Кај двата дизајна, магнетниот тек кој ги поврзува примарот и секундарот, патува речиси целосно во внтрешноста на границите на железното јадро, без намерно да поминува низ воздух. Новите трансформатори биле 3,4 пати поефикасни отколку биполарните уреди со отворено јадро на Гаулард и Гибс. Патентите на ЗБД вклучувале две други значајни и меѓусебно поврзани иновации: една се однесува на користењето на паралелно поврзување наместо сериско, а другата на трансформаторите со способност за висок опсег вртежи, така што напонот на мрежата за напојување може да биде многу поголем (на почетокот од 1.400 до 2.000 V) отколку напонот на потрошувачите (100 V посакувани на почетокот). Кога се вградиле во паралелно поврзани електрични системи за дистрибуција, трансформаторите со затворено јадро конечно направиле да биде технички и економски возможно да се обезбедува електрична енергија за осветлување во домот, на работа и јавни места. Блати го предложил користењето на затоврени јадра, Зиперновски ја предложил употребата на паралелно шунтово поврзување, а Дери ги изведувал експериментите.
Трансформаторите денес се дизајнирани според принципите откриени од овие тројца инженери. Тие исто така го популаризирале зборот „трансформатор“, за да се опише уред за промена на ЕМС на струјата, иако терминот веќе се употребувал од 1882. Во 1886, ЗБД инженерите дизајнирале,а фабриката Фанз ја испорачала електричната опрема за првата електрана во светот, што користеле генератори за наизменична струја, за напојување на паралелно поврзаните заеднички електрични мрежи.
Иако Џорџ Вестингхаус ги купил патентите на Гаулард и Гибс во 1885, компанијата Едисон електрик лајт држела опција на американските права за ЗБД трансформаторите, барајќи Вестингхаус да се занимава со алтернативни дизајни на истите принципи. Тој му ја доделил задачата за развивање уред за комерцијална употреба во САД на Вилијам Стенли. Стенлиевиот прв патентиран дизајн бил за идукционен калем со единечни јадра од меко железо и прилагодувачки празнини за регулација на присутната ЕМС во секундарната намотка. Овој дизајн првпат бил комерцијално употребен во 1886 во САД, но Вестингхаус бил одлучен да го подобри Стенлиевиот дизајн и, за разлика од ЗБД типот, да го направи лесен и евтин за производство.
Вестингхаус, Стенли и соработниците набрзо развиле јадра полесни за изработка, кои се состоеле од многу тенки плочи во форма на буквата „Е“, изолирани со тенки листови хартија или друг изолационен материјал, така што да може намотаните бакарни калеми да се потиснат на своето место, а правите железни плочи да се легнат за да се создаде затворено магнетно коло. Вестингхаус аплицирал за патент за новиот евтин дизајн во декември 1886; апликацијата е прифатена во јули 1887.
Во 1889 рускиот инженер Михаил Доливо-Доброволски го развил првиот трифазен трансформатор во Алгемајне Електриситетз-Гезелшафт ('General Electricity Company') во Германија.
Во 1891, Никола Тесла изумил Теслин трансформатор, со воздушно јадро и двојнонасочен резонантен трансформатор кој произведува многу висок напон на висока честота.
Аудиочестотните трансформатори биле користени во раните експерименти при развојот на телефонот.
|access-date=
бара |url=
(help)
|journal=
(help)
<ref>
; нема зададено текст за наводите по име De Keulenaer2001
.<ref>
; нема зададено текст за наводите по име Harlow2004-2
.<ref>
; нема зададено текст за наводите по име nailen
.<ref>
; нема зададено текст за наводите по име :0
.|journal=
(help)|url=
(help)„Трансформатори“ на Ризницата ? |
Општи врски:
ИЕК врски Electropedia:
|