Transformator to maszyna elektryczna, której urządzenie jest przeznaczone do konwersji jednej wartości prądu przemiennego na inną. Transformatory działają na prąd przemienny. Maszyny te otrzymały najszerszą dystrybucję, ponieważ energia elektryczna musi być przesyłana na duże odległości przy napięciach znacznie wyższych niż poziom wymagany w energetyce lub do użytku domowego. Tym samym zastosowanie transformatora pozwala na zmniejszenie strat energii elektrycznej podczas jej przesyłania i podniesienie jakości procesu. Jedną z najważniejszych cech tej maszyny jest sprawność transformatora, czyli sprawność. Inną ważną cechą jest współczynnik transformacji, który jest określany przez stosunek napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego.
Transformator jest zwykle urządzeniem statycznym. Konwencjonalny transformator (a jest ich kilka typów) składa się z rdzenia złożonego z płyt ferromagnetycznych oraz uzwojeń wtórnych i pierwotnych, które znajdują się naprzeciw rdzenia. Jak już wspomniano, istnieją główne typy transformatorów: step-up (napięcie wyjściowe jest większe niż wejściowe) istep-down (napięcie na wyjściu jest mniejsze niż na wejściu). Jednym z ważnych warunków pracy urządzenia jest jedna częstotliwość napięcia.
Aby określić sprawność transformatora, wprowadzamy następującą notację:
- P1 - energia elektryczna pobierana przez transformator,
- P2 - moc wyjściowa,
- PL to strata mocy.
W tym przypadku prawo zachowania energii przyjmie postać: P1=P2+ PL. Korzystając z tych zapisów, łatwo wyprowadzić wzór na sprawność transformatora. Wzór na efektywność będzie wyglądał następująco: n=P2/P1=(P1-PL)/P1=1-PL/P1. Jak widać, może być prezentowany w kilku wersjach. Z ostatniego wzoru widać, że sprawność transformatora nie może być większa niż 1 (czyli nie można uzyskać sprawności większej niż sto procent). To zrozumiałe.
Prawidłowe obliczenie sprawności transformatora jest kwestią bardziej złożoną, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Podczas projektowania i opracowywania obwodów oraz ogólnego projektu transformatora lub serii transformatorów określonego typu inżynierowie projektanci często napotykają pewne problemy. Na przykład, aby obniżyć koszt transformatora, konieczne jest zminimalizowanie zużycia materiałów. Jednak z drugiej strony, aby urządzenie było bardziej niezawodne w działaniu, zużycie tych materiałów będzie musiało zostać zwiększone.
Z tych sprzecznych powodów sprawność transformatora jest zwykle określana jako standard, co normalizuje straty. Przy określaniu wartości współczynnikaSprawność transformatora musi uwzględniać koszt materiałów, koszt energii elektrycznej i linii przesyłowych, czyli uwzględniać wiele czynników ekonomicznych. Sprawność transformatora może zmieniać się w zależności od obciążenia i ten czynnik należy również wziąć pod uwagę przy projektowaniu tego urządzenia.
