Како ради напонски трансформатор

Напонски трансформатор се користи за претварање наизменичног напона једне величине у наизменични напон друге величине. Напонски трансформатор ради захваљујући феномену електромагнетне индукције: временски променљиви магнетни флукс генерише ЕМФ у калему (или калемовима) кроз који пролази.

Примарни намотај трансформатора је својим стезаљкама повезан са извором наизменичног напона, а на стезаљке секундарног намотаја је прикључено оптерећење које мора бити напајано напоном мањим или већим од напона извора из којег је овај трансформатор се храни .

Хвала на присуству језгро (магнетно коло), магнетни флукс који ствара примарни намотај трансформатора није расејан нигде, већ је углавном концентрисан у запремини ограниченој језгром. Наизменична струјаделовањем у примарном намотају магнетише језгро у једном или супротном смеру, док се промена магнетног флукса не дешава нагло, већ хармонично, синусоидални (ако говоримо о мрежном трансформатору).

Може се рећи да гвожђе језгра повећава индуктивност примарног намотаја, односно повећава његову способност стварања магнетног флукса када струја прође и побољшава својство спречавања повећања струје када се напон примени на терминали намотаја. Стога, у празном ходу (у режиму без оптерећења), трансформатор троши само милиампере, иако променљиви напон делује на намотај.

Секундарни намотај је пријемна страна трансформатора. Он прима променљиви магнетни флукс генерисан струјом у примарном намотају и шаље га кроз магнетно коло кроз своје окрете. Магнетни флукс, који варира одређеном брзином, продире кроз завоје секундарног намотаја, по закону електромагнетне индукције индукује одређени ЕМФ у сваком свом завоју. Ови индуковани ЕМФ се додају у сваком тренутку времена од окретања до скретања, формирајући напон секундарног намотаја (напон отвореног кола трансформатора).

Биће правовремено приметити да што се брже мења магнетни флукс у језгру, то је већи напон индукован при сваком окрету секундарног намотаја трансформатора. А пошто су и примарни и секундарни намотаји прожети истим магнетним флуксом (који се ствара наизменичном струјом примарног намотаја), напон по завоју и примарног и секундарног намотаја је исти, на основу величине магнетног тока и њену брзину промене.

Ако копате дубље, променљиви магнетни флукс у језгру ствара електрично поље у простору око њега, чији је интензитет већи што је већа брзина промене магнетног флукса и што је већа вредност ове промене магнетни флукс. Ово вртложно електрично поље делује на електроне који се налазе у проводнику секундарног намотаја, гурајући их у одређеном правцу, због чега је на крајевима секундарног намотаја могуће мерити Волтажа.

Ако је оптерећење прикључено на секундарни намотај трансформатора, онда ће кроз њега тећи струја, што значи да ће се у језгру појавити магнетни флукс који ствара ова струја у секундарном намотају.

Магнетни флукс који генерише струја секундарног намотаја, односно струја оптерећења, биће усмерен (уп. Ленцово правило) против магнетног флукса примарног намотаја и стога ће индуковати повратну ЕМФ у примарном намотају, што ће довести до повећања струје у примарном намотају и, сходно томе, до повећања снаге коју троши трансформатор из мреже.

Појава обрнутог примарног, секундарног магнетног флукса унутар језгра, као ефекта прикљученог оптерећења, еквивалентна је смањењу индуктивности примарног намотаја. Због тога трансформатор под оптерећењем троши знатно више електричне енергије него када је у стању мировања.