Τι είναι οι απώλειες μετασχηματιστών;

Ένας μετασχηματιστής είναι ένα βασικό εξάρτημα σε ηλεκτρονικά κυκλώματα που ανεβάζει ή μειώνει την τάση. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω δύο περιελίξεων χάλκινου σύρματος, του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος πηνίου, γύρω από έναν συνεχή μαγνήτη, που ονομάζεται πυρήνας. Οι απώλειες μετασχηματιστή αναφέρονται στην ηλεκτρική ενέργεια που χάνεται κατά την αύξηση ή την πτώση της τάσης.
Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο μπορεί κανείς να δει αυτό είναι ότι τίποτα δεν έρχεται χωρίς κόστος σε ηλεκτρονικά που λειτουργούν σε κανονικές θερμοκρασίες λειτουργίας. Η ποσότητα ισχύος που παρέχεται στην περιέλιξη του πρωτεύοντος μετασχηματιστή εξέρχεται πάντα χαμηλότερη στη δευτερεύουσα περιέλιξη. Το πρωτεύον πηνίο δεν αγγίζει φυσικά το δευτερεύον πηνίο, όπως θα περίμενε κανείς σε άλλους τύπους ηλεκτρικών συνδέσεων. Η σύνδεση γίνεται στην πραγματικότητα από το μαγνητικό πεδίο και την αλληλεπίδραση με τα ηλεκτρόνια. Αυτή η σύνδεση είναι γνωστή ως επαγωγή, κάτι που έχει νόημα επειδή το μαγνητικό πεδίο προκαλεί ή προκαλεί την κίνηση του ηλεκτρισμού από το πρωτεύον πηνίο στο δευτερεύον.

Οι απώλειες του μετασχηματιστή είναι άμεσο αποτέλεσμα της μαγνητικής επαγωγής και μπορούν να προβλεφθούν μαθηματικά. Για να γίνει κατανοητό αυτό, μπορεί κανείς να εξετάσει πώς μοιάζει ένα μαγνητικό πεδίο. Εάν τα ρινίσματα σιδήρου είναι διάσπαρτα σε ένα σκληρό κομμάτι χαρτί τοποθετημένο πάνω από έναν μαγνήτη, τα ρινίσματα σιδήρου σχηματίζονται σε καμπύλες γραμμές. Η ηλεκτρική ενέργεια χάνεται στους μετασχηματιστές επειδή οι καμπύλες μαγνητικές γραμμές μεταφέρουν μέρος της ενέργειας στον ανοιχτό αέρα και τα γύρω υλικά αντί απευθείας στο δευτερεύον πηνίο.

Όταν οι άνθρωποι εισάγονται για πρώτη φορά στις απώλειες μετασχηματιστών, η αντίδραση μπορεί να είναι ότι οι μετασχηματιστές είναι πολύ αναποτελεσματικοί για να είναι καλοί. Η μηχανική πρόκληση, ωστόσο, είναι να μειωθούν οι απώλειες του μετασχηματιστή σε ποσότητες που δεν είναι σημαντικές στο υπόλοιπο κύκλωμα. Οι μετασχηματιστές ποικίλλουν σε μέγεθος από τους πολύ μικρούς που βρίσκονται στις μητρικές πλακέτες των υπολογιστών έως τους πολύ μεγάλους που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Οι μεγάλοι μετασχηματιστές μπορούν να αντέξουν οικονομικά να χάνουν περισσότερη ενέργεια από τους μικρότερους ομολόγους τους.

Η θερμική ενέργεια είναι ένα σημαντικό αποτέλεσμα των απωλειών του μετασχηματιστή. Τα χαμένα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με υλικά γύρω τους, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων αερίων στον αέρα, και από αυτό προέρχεται η θερμότητα. Εάν η θερμότητα δεν αφαιρεθεί αρκετά γρήγορα, ο μετασχηματιστής μπορεί να σκάσει και, σε μεγαλύτερα μοντέλα, να εκραγεί. Το σκάσιμο και η έκρηξη μπορεί επίσης να συμβεί εάν μια σχετικά μεγάλη ακίδα ηλεκτρικής ισχύος ωθηθεί στο πρωτεύον πηνίο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μαθηματικά πρέπει να εκτελεστούν πρώτα για να καθοριστούν τα όρια λειτουργίας ενός συγκεκριμένου σχεδίου μετασχηματιστή.