Wśród najważniejszych parametrów transformatora kluczową rolę odgrywa jego sprawność. Sprawność transformatora wyraża się przez stosunek mocy wyjściowej do mocy wejściowej i jest ważnym parametrem, który determinuje, jak efektywnie transformator przekształca energię elektryczną. Jest to istotne zarówno z ekonomicznego punktu widzenia, jak i ze względów technicznych, ponieważ wpływa na straty energii w transformatorze oraz na jego wydajność i żywotność.

Sprawność transformatora - czym jest?

Sprawność transformatora to kluczowy wskaźnik określający efektywność konwersji energii elektrycznej. W praktyce odnosi się do stosunku mocy wyjściowej transformatora do mocy wejściowej.

TTS0020 - Transformator TS20VA/230 - napięcie do 50 V

W idealnym środowisku transformator miałby sprawność równą 100%, co oznaczałoby, że nie ma strat energii. Jednak w rzeczywistym układzie transformatora straty są nieuniknione. Powodowane są głównie rezystancją drutu nawojowego cewek oraz stratami własnymi rdzenia. Nie bez wpływu pozostają także procesy magnetyczne, takie jak histereza i prądy wirowe. Rdzeń transformatora, często wykonany z materiałów takich jak stal krzemowa czy ferryty, ma na celu zmaksymalizowanie efektywności magnetycznej, minimalizując jednocześnie straty energii.

Wpływ na sprawność mają również składniki chemiczne obecne w materiałach izolacyjnych, w tym różne pierwiastki, takie jak bor czy azot. Właściwy dobór materiałów i konstrukcja transformatora są kluczowe dla osiągnięcia jak najwyższej sprawności. Wpływa on na minimalizację strat w rdzeniu oraz uzwojeniach transformatora. Konstrukcja, uwzględniająca optymalne rozmieszczenie i izolację uzwojeń, może znacząco redukować zakłócenia i straty cieplne. Ponadto staranne zaprojektowanie transformatora z uwzględnieniem specyficznych wymagań danego zastosowania pozwala na dłuższą żywotność urządzenia i lepsze dopasowanie do potrzeb użytkownika.

Sprawność transformatora - jak obliczyć?

Obliczenie sprawności transformatora polega na zestawieniu mocy wyjściowej z mocą wejściową.

Wzór na sprawność transformatora:

gdzie:

 η – sprawność transformatora,

P1 – moc wyjściowa (moc dostarczana na wyjściu transformatora),

P2 – moc wejściowa (moc dostarczana na wejście transformatora).

 

Należy pamiętać, że rzeczywista moc wejściowa transformatora jest zawsze większa niż moc wyjściowa, co wynika ze strat energetycznych. Straty te można podzielić na straty w rdzeniu (spowodowane histerezą i prądami wirowymi) oraz straty w uzwojeniu (wynikające z rezystancji uzwojenia). Precyzyjne obliczenie sprawności transformatora wymaga uwzględnienia tych strat oraz pomiarów mocy wejściowej i wyjściowej przy różnych obciążeniach i warunkach pracy transformatora.

Straty w rdzeniu są spowodowane głównie dwoma zjawiskami: 

• histerezą magnetyczną - polega na opóźnieniu między zmianami natężenia pola magnetycznego w rdzeniu a indukowanym napięciem. 
• prądami wirowymi - są indukowane w rdzeniu transformatora z powodu zmiany pola magnetycznego i powodują dodatkowe straty cieplne.

Natomiast straty w uzwojeniu są spowodowane rezystancją elektryczną przewodników, z których wykonane są uzwojenia transformatora. Kiedy prąd przepływa przez uzwojenia, rezystancja generuje straty cieplne.

Aby dokładnie określić sprawność transformatora, konieczne jest pomiar mocy na wejściu (moc dostarczana do transformatora) oraz na wyjściu (moc dostarczana przez transformator do obciążenia, czyli ilość energii elektrycznej, którą transformator przekazuje do podłączonego do niego urządzenia lub systemu).

Różnica między tymi dwoma wartościami określa wspomniane wyżej straty w transformatorze.

Ponieważ sprawność transformatora może się różnić w zależności od obciążenia, pomiary sprawności powinny być przeprowadzane przy różnych poziomach obciążenia, aby zrozumieć charakterystykę działania transformatora w różnych warunkach.

Ponadto inne warunki pracy, takie jak temperatura otoczenia, wilgotność czy napięcie zasilające, mogą wpłynąć na sprawność transformatora. W związku z tym te warunki również powinny być brane pod uwagę podczas pomiarów.

Wszystkie opisane zjawiska zachodzą także w produkowanych przez nas transformatorach toroidalnych, przy czym należy wiedzieć, że jednym z powodów ich rosnącej popularności, jest ich stosunkowo wysoka sprawność oraz mniejsze straty w porównaniu z tradycyjnymi transformatorami.

Sprawdź naszą ofertę transformatorów toroidalnych 12 i 24V!