Пристрої, що здійснюють перетворення змінної напруги однієї величини на іншу за збереження її частоти, називають трансформаторами.

В основі дії трансформатора лежить явище електромагнітної індукції, яке було відкрито в 1831 р. англійським фізиком Майклом Фарадеєм.

А в 1848 р. німецький механік Генріх Румкорф винайшов індукційну котушку особливої конструкції (рис. 6.1). Вона стала прообразом трансформатора.

Датою створення першого трансформатора змінного струму вважається ЗО листопада 1876 р., коли Павло Яблочков отримав патент на цей винахід.

У 1885 р. три угорські інженери Отто Блаті, Мікша Дері та Карой Зіперновскі створили трансформатор змінного струму промислової конструкції. Отто Блаті став співавтором винаходу регулятора напруги (стабілізатора напруги), лічильників змінного струму, електродвигуна, турбогенератора.

А в 1888 р. Нікола Тесла отримав патент на трифазний трансформатор, до складу якого входять три стержні магнітопроводу.

Трансформатори, призначені для перетворення однофазної напруги, називають однофазними. Трансформатори, як за призначенням, так і конструкцією, дуже різноманітні.

Найпростіший трансформатор складається зі сталевого осердя (магнітопроводу) і двох розташованих на ньому обмоток (рис. 6.2). Одна обмотка підключається до джерела змінного струму і називається первинною. Інша обмотка, яка називається вторинною, служить для підключення споживчих пристроїв.

Робота трансформатора заснована на явищі взаємної індукції, яке є наслідком закону електромагнітної індукції.

Відношення кількості витків первинної обмотки до кількості витків вторинної обмотки називають коефіцієнтом трансформації.

На підставі закону електромагнітної індукції можна записати:

Поділивши одну рівність на іншу, отримаємо:

Отже, в будь-який момент масу відношення миттєвих значень ЕРС вторинної та первинної обмоток дорівнює коефіцієнту трансформації. Це можливо тільки за повного збігу за фазою ЕРС е₁ і е₂.

Якщо коло вторинної обмотки трансформатора розімкнути (режим холостого ходу), то напруга на затискачах обмотки буде ІІ₂ = Е₂, а напруга джерела живлення майже повністю врівноважиться ЕРС первинної обмотки U » E_v Отже, можна стверджувати, що

Таким чином, коефіцієнт трансформації можна визначити на підставі вимірювань напруги на вході і виході ненавантаженого трансформатора.

З огляду на високий ККД трансформатора, можна вважати, що

де

S₁ = ІІф - потужність, споживана з мережі, S₂ = U₂I₂ - потужність, що надається навантаженню.

Таким чином,

Відношення струмів первинної і вторинної обмоток приблизно дорівнює коефіцієнту трансформації, тому струм /₂ в стільки разів підвищується (зменшується), у скільки разів зменшується (підвищується) и₂.

Слід зазначити, що в деяких випадках виникнення взаємоіндукції є небажаним. Наприклад, ЕРС взаємоіндукції, що виникає в лініях зв'язку (телефонних проводах), прокладених уздовж високовольтних ліній електропередач або уздовж контактної мережі змінного струму електрифікованих залізниць, створює перешкоди при передачі телефонних сигналів. Тому лінії зв'язку намагаються розташовувати перпендикулярно проводам ліній електропередач або захищати їх металевими екранами.

Під час роботи трансформатора через струм в обмотках, а також внаслідок перемагнічування магнітопроводу й вихрових струмів виділяється тепло. Трансформатори невеликої потужності (до 10 кВ ■ А), яким вистачає повітряного охолодження, називають сухими. У потужних трансформаторах застосовують охолодження оливою. Магнітопровід з обмотками розміщують у баку, заповненому мінеральною (трансформаторною) оливою. Олива не тільки відводить тепло завдяки конвекції або примусовій циркуляції, але також є хорошим діелектриком (ізолятором). Оливні трансформатори надійні в роботі і мають менші розміри і масу порівняно із сухими трансформаторами такої самої потужності.

Сучасні трансформатори мають складну конструкцію, але принцип їхньої дії є однаковим.

Умовні позначення однофазних трансформаторів зображено на рис. 6.3.

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020