Трансформаторы появились в связи с необходимостью передачи электроэнергии на большие расстояния. Первый трансформатор был создан в 1847 году. Его изобрел В. С. Якоби в процессе разработки минных заграждений. Он использовался для передачи энергии к запалам донных мин. Современная энергетика просто не мыслима без трансформаторов.
Трансформатор – это электромагнитный аппарат, преобразующий первичную систему переменного тока в систему переменного тока той же частоты, но с другими напряжением и током. Конструктивно выполняется в виде сердечника, набранного из листовой трансформаторной стали, и нескольких, связанных между собой магнитным полем, обмоток. Если обмотки связаны друг с другом еще и электрически, то такой трансформатор называют автотрансформатором.
Трансформаторы бывают однофазными и трехфазными, масляными и сухими. Масляные трансформаторы помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. Это улучшает условия охлаждения и предохраняет изоляцию обмоток от преждевременного разрушения под воздействием воздуха.
Так как энергия, передаваемая по линиям электропередач, пропорциональна произведению напряжения на ток и на косинус угла сдвига между ними, а потери в линии пропорциональны току, то с целью снижения потерь для передачи энергии на большие расстояния используются повышающие силовые трансформаторы. Принимающая сторона использует силовые трансформаторы понижающие напряжение. Существует множество типов трансформаторов различного назначения. Так, сварочные трансформаторы не боятся коротких замыканий. Имеют свои особенности трансформаторы, предназначенные для питания различных преобразователей, например, выпрямительных установок, преобразующих переменный ток в постоянный. Для измерения напряжений и токов в соответствующих случаях используются измерительные трансформаторы.
В основу принципа действия трансформаторов заложено взаимодействие магнитных полей токов. С целью увеличения сцепления магнитных потоков различных обмоток используются сердечники из материалов с высокой магнитной восприимчивостью. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники набираются из изолированных между собой пластин стали с высоким омическим сопротивлением (трансформаторная сталь). Основной характеристикой трансформатора является коэффициент трансформации, равный отношению количества витков катушек. Экспериментально его можно оценить в режиме холостого хода по отношению напряжений на зажимах обмоток. Под нагрузкой величина этого отношения будет другой.
К.п.д. трансформаторов зависят от потерь в стали и меди. Доказано, что максимального своего значения он достигает тогда, когда потери в стали равны потерям в меди.