Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Co to jest Transformator i jak działa?

Transformator to urządzenie, którego zadaniem jest przekształcanie energii elektrycznej. Napięcie pochodzące ze źródła może zostać zamienione na wyższe, niższe lub takie samo przy niewielkich stratach mocy.
Article Image
1. Repetytorium użytkowej elektroniki 2. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie LED pod szafkami 3. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie do piwnicy 4. Repetytorium użytkowej elektroniki - Sygnalizator zalania 5. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz do układu audio 6. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz warsztatowy 7. Jaką wkrętarkę wybrać? Na co zwrócić uwagę przy zakupie? 8. Rodzaje tranzystorów bipolarnych i unipolarnych 9. Jak podłączyć taśmy LED 10. Inteligentny dom - wszystko co powinieneś wiedzieć o systemach SMART HOME 11. Jak podłączyć prostownik do akumulatora (ładowanie) 12. Drukarki 3D - budowa i zasada działania 13. Jak prawidłowo zarobić kabel antenowy? 14. Jaki czujnik czadu wybrać i gdzie najlepiej zamontować? 15. Programowanie mikrokontrolerów - o czym należy wiedzieć na początek? 16. Oscyloskop cyfrowy - jaki wybrać? 17. Co to jest barometr i jak działa? 18. Jaki wykrywacz metali kupić? Na co zwracać uwagę przy wyborze? 19. Jak działa sieć 5G i jakie daje możliwości? 20. Diody LED - napięcie diod o różnych kolorach 21. Jaki kompresor samochodowy kupić? 22. Czujniki parkowania - jakie wybrać? 23. Jak ustawić antenę do odbioru naziemnej TV DVB-T? 24. Co to jest rezystor (opornik) i jak działa? 25. Jakie są typy i rodzaje bezpieczników? 26. Co to jest układ scalony i jak działa? 27. Jak zmierzyć napięcie akumulatora miernikiem? 28. Jak zarobić kabel sieciowy RJ-45? 29. Lutowanie - jak lutować kable poprawnie? 30. Arduino - co to jest i jak zacząć? 31. Raspberry pi - co to jest, do czego służy, jak zacząć? 32. Do czego służą kondensatory - zasada działania 33. Co to jest bezpiecznik i jak działa? 34. Jak dobrać i wymienić bezpiecznik? 35. Rodzaje kondensatorów, ich oznaczenia i budowa 36. Kalafonia - co to jest? do czego służy? jak używać? 37. Przewodniki prądu - co przewodzi prąd, a co nie? 38. Jaka latarka czołowa sprawdzi się najlepiej? 39. Jak działa płytka stykowa (prototypowa)? 40. Jakie ogniwa 18650 wybrać i gdzie kupić akumulatorki? 41. Jaki powerbank wybrać? Czym kierować się przy kupnie? 42. Raspberry Pi czy Arduino? Co wybrać? 43. Pierwsze Prawo Kirchhoffa - przepływ prądu w obwodzie elektrycznym 44. Rezonator kwarcowy - schemat, oznaczenia i zastosowanie 45. Drugie Prawo Kirchhoffa - bilans spadku napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym 46. Do czego służy przedwzmacniacz? 47. Wzmacniacze audio - schematy i działanie 48. Co to jest kinematyka? Wzory kinematyki 49. Jaka ładowarka samochodowa będzie najlepsza? 50. Woltomierz - jak podłączyć i do czego służy? 51. Zasilacz laboratoryjny - jaki wybrać, do czego służy i jak użytkować? 52. Jaki magnes neodymowy kupić? 53. Jaki dron wybrać na początek, na co zwrócić uwagę przy kupnie? 54. Jaki filament wybrać - rodzaje filamentów do drukarek 3d 55. Co to jest termistor - zasada działania, jak dobierać? 56. Lokalizator GPS do samochodu - gdzie i jak zamontować? 57. Transmiter samochodowy - jak działa? 58. Jaki oczyszczacz powietrza wybrać? 59. Silniki prądu stałego - budowa, zastosowanie i zasada działania 60. Co to jest triak - jak go sprawdzić i jak działa? 61. Co to jest tranzystor MOSFET - jak działa, jak sprawdzać? 62. Izopropanol - do czego służy i gdzie kupić? 63. Co to jest tranzystor, jak działa i za co odpowiada? 64. Co to jest Transformator i jak działa? 65. Potencjometr obrotowy - schemat, podłączenie i zasada działania 66. Fotorezystor - charakterystyka, zastosowanie i zasada działania 67. Jak dobrać rezystor do diody? 68. Co to jest Tyrystor i do czego służy? 69. Jakie kable rozruchowe wybrać do samochodu? 70. Jaki miernik grubości lakieru kupić? 71. Pomiar jakości powietrza - jak sprawdzić jakość powietrza w domu i na zewnątrz? 72. Języki programowania sterowników PLC 73. Czym jest napięcie i natężenie prądu? 74. Reguła prawej dłoni, czyli ruch przewodnika w polu magnetycznym
Rozwiń cały spis treści Zwiń spis treści

Po co nam transformatory?

Mówiąc do najprościej, do zmiany napięcia oraz prądu. Jeżeli w gniazdku mamy napięcie sieciowe o wartości skutecznej 230V, a do zasilania radyjka potrzebne jest 9 V, to musimy w jakiś sposób  “zgubić” 221 V. Obniżenie napięcia stabilizatorem lub rezystorem powodowałoby olbrzymie straty mocy: zasilacz do naszego radyjka grzałby się jak piekarnik i miałby podobne rozmiary. Tymczasem, tego typu urządzenia są zasilane poprzez zasilacz o niewielkich gabarytach, który nie grzeje się prawie wcale.

Jak to jest możliwe? Dzięki transformatorowi, który jest w środku. Prąd z gniazdka zasila jego uzwojenie pierwotne, a na uzwojeniu wtórnym powstaje napięcie odpowiednio niższe. Ten proces jest, teoretycznie, bezstratny. W praktyce transformatory produkują nieco ciepła.

Jak działa transformator?

I tu doszliśmy do sedna: jak to działa? Na rysunku mamy schematyczny model transformatora: dwa uzwojenia i rdzeń, który przez nie przechodzi. Uzwojenie pierwotne, które jest zasilane, indukuje w rdzeniu strumień magnetyczny - dokładnie tak, jak elektromagnes. Ten strumień przechodzi przez uzwojenie wtórne, generując w nim napięcie.

Aby transformator działał, prąd w uzwojeniu pierwotnym musi ulegać cyklicznym zmianom. Napięcie, którym dysponujemy w gniazdkach spełnia to wymaganie: ma przebieg sinusoidalnie zmienny, więc jak najbardziej jest zmienne. 

Prąd stały czy zmienny?

Transformator nie będzie działał po zasileniu go prądem stałym, ponieważ napięcie na uzwojeniu wtórnym może powstać tylko wtedy, kiedy zmienia się strumień pola magnetycznego w rdzeniu, który przechodzi przez jego środek. A żeby zmieniał się strumień, musi zmieniać się prąd. Z kolei, żeby zmieniał się prąd, musi zmieniać się napięcie. I kółko się zamyka.

Różne napięcia

Skąd transformator “wie”, że ma wytworzyć napięcie 9 V, 12 V, 3 V a może 600 V? To wynika ze stosunku liczby zwojów w uzwojeniach N2/N1. Jeżeli, przykładowo, N2 = 100 zwojów, a N1 = 1000 zwojów, to napięcie na wyjściu wtórnym będzie wynosiło 

napięcia na uzwojeniu wtórnym. Ten stosunek nazywamy przekładnią transformatora.

Jeżeli do uzwojenia pierwotnego przyłożymy napięcie Up o wartości skutecznej 230 V, to na wtórnym otrzymamy

Kiedy napięcie na uzwojeniu pierwotnym zmaleje, to na wtórnym również proporcjonalnie spadnie - zgodnie z przekładnią, bo z żadnego z uzwojeń nie ubędzie ani jeden zwój. Tak samo, kiedy napięcie po stronie pierwotnej wzrośnie, po stronie wtórnej również się zwiększy. 

Dlatego typowe transformatory, jakie mamy dostępne w handlu, są wykonane na określone napięcie wtórne (np. 12 V do lamp halogenowych) ale przy założeniu określonego napięcia pierwotnego, najczęściej 230 V. Producent transformatora odpowiednio dobiera liczbę zwojów obu uzwojeń.

Parametry napięcia pierwotnego są oznaczane, z języka angielskiego, jako Primary, a wtórnego jako Secondary. Zazwyczaj na etykiecie są również: wartość częstotliwości, przy której transformator będzie pracował poprawnie oraz jego moc.

Kilka uzwojeń wtórnych

Na jednym rdzeniu może znajdować się jedno uzwojenie pierwotne i kilka wtórnych. Możemy wtedy uzyskać wiele różnych napięć, których źródła są od siebie galwanicznie odizolowane. Taka funkcja transformatora przydaje się zwłaszcza w układach analogowo-cyfrowych, które wymagają różnych zasilaczy.

Natężenie prądu

Transformator przenosi moc z jednej strony (pierwotnej) na drugą (wtórną). Jeżeli z uzwojenia wtórnego pobieramy prąd o natężeniu np. I2 = 1A przy napięciu U2 = 9V, to przez uzwojenie pierwotne (zasilane napięciem, załóżmy U1 = 230V) płynie prąd o proporcjonalnie mniejszym natężeniu:

Jak to jest zrobione?

Uzwojenie to wiele zwojów drutu o określonej grubości oraz o określonej liczbie tych zwojów. Drut uzwojenia powleczony jest cienką izolacją, aby poszczególne warstwy nie zwierały się ze sobą. Oprócz tego potrzebny jest rdzeń. Powstało kilka różnych wariantów jego wykonania.

Transformatory kształtkowe

Uzwojenia nawija się na specjalnej szpuli z materiału izolacyjnego, który nazywa się karkasem. Przez karkas przechodzą cienkie blaszki tworzące metalowy rdzeń - tak jest zbudowany transformator kształtkowy, bardzo popularny sposób wykonania transformatorów małej i średniej mocy.

Zdjęcie
Transformator 15 VA, 230 VAC (16 V, 16 V) 0,4 A, Indel TS15/39
Zobacz w sklepie avt

Niekiedy transformatory tego typu zalewa się w żywicy, aby były bardziej odporne na wilgoć. Są to wówczas transformatory zalewane - mają niewielką moc.

Transformator 1,5 VA zalewany 230 VAC (9 V) 0,125 A
Zobacz w sklepie avt

Transformatory toroidalne

Inną grupą są transformatory wykonanie nieco inaczej, czyli bez karkasu. Rdzeń ma kształt pierścienia, a uzwojenia są nawinięte wprost na nim (z uwzględnieniem izolującej przekładki), oplatając go. Tak się wykonuje transformatory nieco wyższej mocy.

Transformator toroidalny 50 VA (6,3 V) 8 A, 230 VAC
Zobacz w sklepie avt

Transformatory impulsowe

Jeszcze inaczej są wykonane transformatory pracujące przy wysokich częstotliwościach, rzędu dziesiątek i setek kiloherców. Stanowią główny podzespół przetwornic impulsowych, czyli zasilaczy konwertujących jedną wartość napięcia na inną. Rdzeń w nich nie jest wykonany ze stali, lecz z innego materiału magnetycznego, najczęściej ferrytu.

Do działania wymagają dodatkowej elektroniki, która wytwarza sygnał o tak wysokiej częstotliwości. Ma to jednak zaletę: takie transformatory są dużo mniejsze, lżejsze i tańsze niż ich odpowiedniki o tej samej mocy, które są przystosowane do zasilania wprost z gniazdka sieciowego.

1. Repetytorium użytkowej elektroniki 2. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie LED pod szafkami 3. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie do piwnicy 4. Repetytorium użytkowej elektroniki - Sygnalizator zalania 5. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz do układu audio 6. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz warsztatowy 7. Jaką wkrętarkę wybrać? Na co zwrócić uwagę przy zakupie? 8. Rodzaje tranzystorów bipolarnych i unipolarnych 9. Jak podłączyć taśmy LED 10. Inteligentny dom - wszystko co powinieneś wiedzieć o systemach SMART HOME 11. Jak podłączyć prostownik do akumulatora (ładowanie) 12. Drukarki 3D - budowa i zasada działania 13. Jak prawidłowo zarobić kabel antenowy? 14. Jaki czujnik czadu wybrać i gdzie najlepiej zamontować? 15. Programowanie mikrokontrolerów - o czym należy wiedzieć na początek? 16. Oscyloskop cyfrowy - jaki wybrać? 17. Co to jest barometr i jak działa? 18. Jaki wykrywacz metali kupić? Na co zwracać uwagę przy wyborze? 19. Jak działa sieć 5G i jakie daje możliwości? 20. Diody LED - napięcie diod o różnych kolorach 21. Jaki kompresor samochodowy kupić? 22. Czujniki parkowania - jakie wybrać? 23. Jak ustawić antenę do odbioru naziemnej TV DVB-T? 24. Co to jest rezystor (opornik) i jak działa? 25. Jakie są typy i rodzaje bezpieczników? 26. Co to jest układ scalony i jak działa? 27. Jak zmierzyć napięcie akumulatora miernikiem? 28. Jak zarobić kabel sieciowy RJ-45? 29. Lutowanie - jak lutować kable poprawnie? 30. Arduino - co to jest i jak zacząć? 31. Raspberry pi - co to jest, do czego służy, jak zacząć? 32. Do czego służą kondensatory - zasada działania 33. Co to jest bezpiecznik i jak działa? 34. Jak dobrać i wymienić bezpiecznik? 35. Rodzaje kondensatorów, ich oznaczenia i budowa 36. Kalafonia - co to jest? do czego służy? jak używać? 37. Przewodniki prądu - co przewodzi prąd, a co nie? 38. Jaka latarka czołowa sprawdzi się najlepiej? 39. Jak działa płytka stykowa (prototypowa)? 40. Jakie ogniwa 18650 wybrać i gdzie kupić akumulatorki? 41. Jaki powerbank wybrać? Czym kierować się przy kupnie? 42. Raspberry Pi czy Arduino? Co wybrać? 43. Pierwsze Prawo Kirchhoffa - przepływ prądu w obwodzie elektrycznym 44. Rezonator kwarcowy - schemat, oznaczenia i zastosowanie 45. Drugie Prawo Kirchhoffa - bilans spadku napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym 46. Do czego służy przedwzmacniacz? 47. Wzmacniacze audio - schematy i działanie 48. Co to jest kinematyka? Wzory kinematyki 49. Jaka ładowarka samochodowa będzie najlepsza? 50. Woltomierz - jak podłączyć i do czego służy? 51. Zasilacz laboratoryjny - jaki wybrać, do czego służy i jak użytkować? 52. Jaki magnes neodymowy kupić? 53. Jaki dron wybrać na początek, na co zwrócić uwagę przy kupnie? 54. Jaki filament wybrać - rodzaje filamentów do drukarek 3d 55. Co to jest termistor - zasada działania, jak dobierać? 56. Lokalizator GPS do samochodu - gdzie i jak zamontować? 57. Transmiter samochodowy - jak działa? 58. Jaki oczyszczacz powietrza wybrać? 59. Silniki prądu stałego - budowa, zastosowanie i zasada działania 60. Co to jest triak - jak go sprawdzić i jak działa? 61. Co to jest tranzystor MOSFET - jak działa, jak sprawdzać? 62. Izopropanol - do czego służy i gdzie kupić? 63. Co to jest tranzystor, jak działa i za co odpowiada? 64. Co to jest Transformator i jak działa? 65. Potencjometr obrotowy - schemat, podłączenie i zasada działania 66. Fotorezystor - charakterystyka, zastosowanie i zasada działania 67. Jak dobrać rezystor do diody? 68. Co to jest Tyrystor i do czego służy? 69. Jakie kable rozruchowe wybrać do samochodu? 70. Jaki miernik grubości lakieru kupić? 71. Pomiar jakości powietrza - jak sprawdzić jakość powietrza w domu i na zewnątrz? 72. Języki programowania sterowników PLC 73. Czym jest napięcie i natężenie prądu? 74. Reguła prawej dłoni, czyli ruch przewodnika w polu magnetycznym
Rozwiń cały spis treści Zwiń spis treści
Tematyka materiału: Transformator, prąd stały, prąd zmienny, uzwojenie pierwotne, uzwojenie wtórne, Transformatory kształtkowe, Transformatory toroidalne, Transformatory impulsowe
AUTOR
Udostępnij
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"