Transformatorius yra įrenginys, konvertuojantis kintamosios srovės įtampą, srovę ir varžą. Transformatoriaus veikimo principas yra tas, kad tai statinis elektros prietaisas, pagamintas elektromagnetinės indukcijos principu. Yra daug jo klasifikacijų. Pagal savo neįprastas funkcijas jis gali būti suskirstytas į impulsinį galios transformatorių, tarpinio dažnio transformatorių, paleidimo transformatorių, ekranavimo transformatorių ir kt.
Transformatorius yra elektros prietaisas, kuris elektromagnetinės indukcijos principu perduoda elektros energiją arba perduoda signalus iš vienos grandinės į kitą grandinę. Tai svarbus elektros energijos perdavimo arba signalo perdavimo komponentas. Transformatorius yra įrenginys, konvertuojantis kintamosios srovės įtampą, srovę ir varžą. Kai kintamoji srovė teka per pirminę ritę, geležies šerdyje (arba magnetinėje šerdyje) susidaro kintamosios srovės magnetinis srautas, todėl antrinėje ritėje indukuojama įtampa (arba srovė). Transformatorius susideda iš geležinės šerdies (arba magnetinės šerdies) ir ritės. Ritė turi dvi ar daugiau apvijų, iš kurių prie maitinimo šaltinio prijungta apvija vadinama pirmine, o likusios – antrine.
1. Leidžiama temperatūra
Kai transformatorius veikia, jo ritė ir geležies šerdis generuoja vario ir geležies nuostolius. Šie nuostoliai paverčiami šilumos energija, todėl transformatoriaus geležinės šerdies ir ritės temperatūra pakyla. Jei temperatūra ilgą laiką viršija leistiną vertę, izoliacija palaipsniui praranda mechaninį elastingumą ir sensta.
Eksploatacijos metu kiekvienos transformatoriaus dalies temperatūra skiriasi. Ritės temperatūra yra aukščiausia, po to seka šerdies temperatūra. Izoliacinės alyvos temperatūra yra žemesnė nei ritės ir šerdies. Viršutinė transformatoriaus alyvos temperatūra yra aukštesnė nei apatinė alyvos temperatūra. Leidžiama temperatūra transformatoriaus veikimo metu tikrinama pagal viršutinę alyvos temperatūrą. A klasės izoliaciniam transformatoriui normaliai eksploatuojant, kai aplinkos oro temperatūra yra iki 40 laipsnių, ribinė transformatoriaus apvijos darbinė temperatūra yra 105 laipsniai. Kadangi apvijos temperatūra yra 10 laipsnių aukštesnė už alyvos temperatūrą, siekiant išvengti alyvos kokybės pablogėjimo, viršutinė transformatoriaus alyvos temperatūra turi būti ne didesnė kaip 95 laipsnių. Įprastomis aplinkybėmis, kad izoliacinė alyva per daug nesioksiduotų, viršutinė alyvos temperatūra neturi viršyti 85 laipsnių. Transformatoriams, kuriuose naudojamas priverstinės alyvos cirkuliacijos vandens aušinimas ir oro aušinimas, viršutinė alyvos temperatūra dažnai neturi viršyti 75 laipsnių. (Didžiausia leistina šio transformatoriaus viršutinės alyvos temperatūros vertė yra 80 laipsnių)
II. Leidžiamas temperatūros kilimas
Tik viršutinės alyvos temperatūros stebėjimas transformatoriaus veikimo metu negali garantuoti saugaus transformatoriaus veikimo. Taip pat būtina stebėti temperatūros skirtumą tarp viršutinės alyvos temperatūros ir aušinimo oro – tai yra temperatūros kilimą. Skirtumas tarp transformatoriaus temperatūros ir aplinkos oro temperatūros vadinamas transformatoriaus temperatūros kilimu. A klasės izoliacijos transformatoriams, kai maksimali aplinkos temperatūra yra 40 laipsnių, nacionalinis standartas numato, kad apvijos temperatūra pakyla 65 laipsnių, o viršutinė alyvos temperatūra gali pakilti iki 55 laipsnių. Kol transformatoriaus temperatūros kilimas neviršija nurodytos vertės, galima garantuoti, kad transformatorius saugiai veiks per nurodytą eksploatavimo laiką esant vardinei apkrovai. (Normalaus veikimo metu transformatorius gali nepertraukiamai veikti 20 metų su vardine apkrova)
III. Protingas pajėgumas
Įprasto veikimo metu transformatoriaus galios apkrova turėtų būti maždaug 75-90 % transformatoriaus vardinės galios.
IV. Protingas srovės diapazonas
Transformatoriaus žemos įtampos maksimali nesubalansuota srovė neturi viršyti 25 % vardinės vertės; leistinas transformatoriaus maitinimo įtampos kitimo diapazonas yra plius minus 5% vardinės įtampos.
Jei jis viršija šį diapazoną, čiaupo jungikliu reikia sureguliuoti įtampą iki nurodyto diapazono. (Reguliavimas turėtų būti atliekamas nutrūkus elektrai) Įtampos reguliavimas paprastai pasiekiamas pakeitus pirminės apvijos čiaupo padėtį. Įrenginys, jungiantis ir perjungiantis čiaupo padėtį, vadinamas atšakų keitikliu, kuris reguliuoja transformacijos santykį keisdamas transformatoriaus aukštos įtampos apvijos apsisukimų skaičių. Žema įtampa neturi įtakos pačiam transformatoriui, tik sumažina dalį išėjimo, bet turi įtakos elektros įrangai; didėja įtampa, didėja magnetinis srautas, geležies šerdies prisotinimas, geležies šerdies nuostoliai didėja ir transformatoriaus temperatūra.
V. Perkrova
Perkrova skirstoma į normalią perkrovą ir avariją. Įprastą perkrovą sukelia padidėjęs vartotojo energijos suvartojimas įprastomis maitinimo sąlygomis. Tai padidins transformatoriaus temperatūrą, todėl transformatoriaus izoliacija greičiau sensta ir sutrumpės jos tarnavimo laikas. Todėl perkrovos operacija paprastai neleidžiama. Ypatingais atvejais transformatorius gali būti perkrautas trumpam laikui, tačiau jis neturi viršyti 30% vardinės apkrovos žiemą ir 15% vardinės apkrovos vasarą. Be to, transformatoriaus perkrovos galia turėtų būti nustatoma atsižvelgiant į transformatoriaus temperatūros kilimą ir gamintojo nurodymus.
Įvykus avarijai elektros sistemoje ar vartotojo pastotėje, siekiant užtikrinti nuolatinį svarbių įrenginių maitinimą, transformatoriui leidžiama trumpą laiką veikti esant perkrovai, tai yra avarinei perkrovai. Dėl nelaimingo atsitikimo perkrovos ritės temperatūra viršys leistiną vertę, todėl izoliacija sensta greičiau nei įprastomis sąlygomis. Tačiau nelaimingo atsitikimo perkrovos tikimybė yra maža, ir apskritai transformatorius yra per mažai apkrautas, todėl trumpa perkrova sugadins transformatoriaus izoliaciją. Nelaimingo atsitikimo perkrovos laikas ir kartotinis turi būti įgyvendintas pagal gamintojo taisykles.