Co to są straty transformatora?

Transformator jest podstawowym elementem obwodów elektronicznych, który zwiększa lub zmniejsza napięcie. Odbywa się to za pomocą dwóch uzwojeń z drutu miedzianego, uzwojenia pierwotnego i wtórnego, wokół magnesu ciągłego, zwanego rdzeniem. Straty transformatora odnoszą się do energii elektrycznej, która jest tracona podczas zwiększania lub zmniejszania napięcia.
Innym sposobem, w jaki można na to spojrzeć, jest to, że nic nie przychodzi bez kosztów w elektronice działającej w normalnych temperaturach roboczych. Moc włożona do pierwotnego uzwojenia transformatora zawsze wychodzi niżej w uzwojeniu wtórnym. Cewka pierwotna nie dotyka fizycznie uzwojenia wtórnego, jak można by się spodziewać w innych typach połączeń elektrycznych. Połączenie jest w rzeczywistości dokonywane przez pole magnetyczne i oddziaływanie z elektronami. To połączenie jest znane jako indukcja, co ma sens, ponieważ pole magnetyczne indukuje lub powoduje ruch elektryczności z cewki pierwotnej do wtórnej.

Straty transformatora są bezpośrednim wynikiem indukcji magnetycznej i można je matematycznie przewidzieć. Aby to zrozumieć, można zastanowić się, jak wygląda pole magnetyczne. Jeśli opiłki żelaza są rozrzucone na sztywnym kawałku papieru umieszczonego nad magnesem, opiłki żelaza formują się w zakrzywione linie. Energia elektryczna jest tracona w transformatorach, ponieważ zakrzywione linie magnetyczne przenoszą część energii na otwarte powietrze i otaczające materiały, a nie bezpośrednio do cewki wtórnej.

Kiedy ludzie po raz pierwszy zapoznają się ze stratami transformatora, reakcja może być taka, że ​​transformatory są zbyt nieefektywne, aby były dobre. Wyzwanie inżynieryjne polega jednak na zmniejszeniu strat transformatora do wartości, które w reszcie obwodu są nieistotne. Transformatory różnią się wielkością od bardzo małych, które można znaleźć na płytach głównych komputerów, do bardzo dużych stosowanych w elektrowniach przemysłowych. Duże transformatory mogą sobie pozwolić na utratę większej ilości energii niż ich mniejsze odpowiedniki.

Energia cieplna jest ważnym skutkiem strat transformatora. Utracone elektrony oddziałują z otaczającymi je materiałami, w tym z niektórymi gazami w powietrzu, i stąd pochodzi ciepło. Jeśli ciepło nie zostanie usunięte wystarczająco szybko, transformator może pęknąć, a w większych modelach eksplodować. Pękanie i eksplodowanie może również wystąpić, jeśli do cewki pierwotnej zostanie wepchnięty stosunkowo duży skok mocy elektrycznej. Dlatego najpierw należy przeprowadzić obliczenia matematyczne, aby określić granice operacyjne konkretnego projektu transformatora.