is een rustend toestel, dat dient om bij gelijke frequentie wisselstroom van een bepaalde spanning in een andere spanning om te zetten. De spoelen I en II zijn elk om een ijzeren kern gewikkeld, de kernen zijn door (horizontale) ijzeren jukken verbonden.
Als men een spanning E, zet op de klemmen van spoel I en er zijn resp. n1 en n2„ windingen op de spoelen gewikkeld, dan krijgt men aan de klemmen van spoel II een spanning E2 = E1 X n2 : n1 of anders gezegd : de spanning per winding is primair en secundair gelijk. De primaire windingen (die van spoel I) veroorzaken in het magnetisch circuit - de twee kernen met de twee jukken — een wisselend magnetisch veld, dat in de secundaire windingen een wisselspanning induceert.Sluit men nu aan de secundaire klemmen (van spoel II dus) verbruikstoestellen (lampen, motoren, enz.) aan, dan zal daardoorheen stroom vloeien, en nu komt er automatisch — in beginsel wel begrijpelijk wegens de wet van het behoud van arbeidsvermogen — ook in de primaire windingen een stroom, groter dan de zeer geringe magnetiseringsstroom, die er al doorging, nog voordat er secundaire belasting van de transformator was, en die het reeds vermelde wisselveld deed ontstaan.
Men gebruikt transformatoren o.a. voor de volgende doeleinden:
a. om de electrische energie, uit wisselstroomgeneratoren verkregen, om te zetten in energie van hogere spanning ten einde die met minder kosten en verliezen ver te kunnen vervoeren (z electriciteitsoverbrenging);
b. om deze energie ter plaatse van het gebruik weer om te zetten in energie van lagere spanning, om er de hoog- en laagspanningskabelnetten mee te voeden, en de gebruikstoestellen er op aan te sluiten;
c. om voor metingen van spanningen, van electrisch vermogen en electrische arbeid een ongevaarlijke spanning naar de meetinstrumenten te kunnen leiden —- zgn. spannings transformatoren;
d. om bij hoge spanningen ook voor de meting van stromen de meetinstrumenten een stroom van lagere, meettransformator voor hoge ongevaarlijke spanning te spanningen kunnen toevoeren;
e. om bij zeer hoge stromen geen te dure en omvangrijke meetinstrumenten nodig te hebben, maar slechts een bepaalde fractie van de te meten stroom naar het instrument te leiden;
f. om bij het aanlopen van grote synchrone of asynchrone motoren te grote stroomstoten te vermijden en eerst langzamerhand de volle spanning op de (statorwikkeling van de) motor te zetten;
g. om voor bepaalde doeleinden zeer grote stroomsterkten te verkrijgen— bij lage spanning gewoonlijk — zonder daartoe extra dure machines nodig te hebben; in het algemeen daar dus, waar de grote stroom een grote verwarming teweeg moet brengen. In hoofdzaak vinden deze transformatoren dus toepassing bij het electrisch weerstandsen booglassen.
Er zijn ook transformatoren die bewegende delen hebben; vroeger noemde men ook motorgeneratoren die hetzelfde doel hebben als transformatoren wel draaiende transformatoren; dit is niet meer gebruikelijk, maar er zijn bijv. wel lastransformatoren, waarbij een extra kern — eigenlijk een deel van het juk — min of meer uit het magnetisch circuit verwijderd kan worden,, daardoor de magnetische weerstand doet toenemen en op die wijze spanning — en stroom — bij het lassen regelt. Ook zijn er transformatoren zgn. „schuiftransformatoren”, waar de primaire en de secundaire spoel, op dezelfde kern aangebracht ten opzichte van elkaar kunnen worden verschoven, waardoor de spanningsoverbrenging wordt gewijzigd. En dan zijn er ook draaitransformatoren, die er uitzien als wisselstroommotoren, waarbij men, door stator en rotor ten opzichte van elkaar een andere stand te doen innemen, ook spanningsvariaties teweeg kan brengen. Hetzelfde idee is toegepast bij phaseregelaars, die de arbeidsfactor, eveneens door een dergelijke veranderlijke transformatorwerking, beïnvloeden.
Doordat de transformatoren — overigens — geen draaiende delen hebben, dus geen wrijvingsverliezen er in optreden, en ook omdat in de gewone transformatoren geen luchtspleet met grote magnetische weerstand voorkomt, is het rendement hoog: de energie wordt met 95 tot 99 pct rendement van de ene spanning in de andere overgebracht. Verder is er geen toezicht nodig, is het toestel niet groot van afmetingen en kan men het overal plaatsen, vooral die transformatoren, die in een vat met — isolerende! — olie zijn geplaatst, en die dus onaantastbaar zijn voor stof, vocht, mechanische beschadiging enz.
Bovendien neemt men voor het materiaal, dat het magnetisch veld geleidt, een ijzersoort (siliciumijzer van bepaalde samenstelling), die zo gering mogelijke hysteresis- en wervelstroomverliezen (zelectriciteitsproductie) heeft, ook al, doordat men ijzerplaatjes van 0,5 tot 1 mm dikte neemt.
Men brengt voorts de spoelen niet aan, zoals in afb. i is aangegeven, maar legt de primaire en de secundaire spoel om dezelfde kern (om elkaar als cylinderwikkeling of om en om een primaire en een secundaire spoel als zgn. schijfwikkeling). Hierdoor wordt het zgn. lekveld zeer gering, d.w.z. dat er maar weinig magnetische krachtlijnen alleen om een der spoelen gaan, hetgeen bij het arrangement van afb. 1 veel meer het geval zou zijn, waardoor werking en rendement van de transformator ongunstig zouden worden.
Daar de energieverliezen door wervelstromen evenredig zijn met het kwadraat van de inductiespanning in die ijzeren plaatjes — lamellen genoemd — van kern en juk, en die spanning met de frequentie evenredig toeneemt, is het nodig bij wisselstromen van hoge frequentie extra maatregelen te nemen om die energieverliezen niet te hoog te laten worden. Men kiest dan dus ijzerlegeringen van hoge soortelijke weerstand (siliciumijzer) en vergroot de wervelstroomweerstand nog door de kern uit dunne platen (lamellen) op te bouwen, die onderling gescheiden zijn door een isolerend laagje van papier, oxyde of vernis. Bij gewone transformatoren ligt de dikte van deze lamellen tussen 0,3 en 1 mm; voor pupinspoelen, zoals die in telefoonkabels worden gebruikt, maakt men lamellen tot 0,05 mm dikte.
Om de weerstand van het kernmateriaal van spoelen in de hoogfrequentietechniek nog groter te maken dan met gelamelleerd ijzer mogelijk was, heeft men ijzer gepoederd, de poederkorrels omgeven door een isolerend huidje en het geheel daarna samengeperst. In de aldus gevormde poederkemen (voor een frequentie van 3000 Hz) hebben de korrels een middellijn van nog geen 5 micron, terwijl de isolerende huidjes er tussen nog geen 0,4 micron dik zijn.
In de laatste jaren heeft men voor kernen van dergelijke spoelen een nieuw materiaal ontwikkeld, dat wel magnetisch doch niet metallisch is. Deze materialen, met de handelsnaam „Ferroxcube”, zijn ceramische materialen, die verwant zijn met het oxyde Fe,O en die bestaan uit mengkristallen van zgn. kubische ferrieten, zoals Mn-Zn-ferriet (Ferroxcube III) en Ni-Zn-ferriet (Ferroxcube IV). Dank zij hun grote soortelijke weerstand, meer dan duizend millioen maal die van ijzer, hebben de ferrieten betrekkelijk kleine wervelstroomverliezen en behoeft men ze niet te lamelleren. Men past deze materialen toe als kernmateriaal voor filterspoelen in de draaggolftelefonie, voor pupinspoelen, voor hoogfrequent transformatoren van versterkers met brede frequentieband, voor middenfrequentbandfilters in de radiotechniek enz.
Verreweg de meeste sterkstroomtransformatoren worden geconstrueerd voor draaistroom (driephasenstroom). Men vervaardigt ze met drie kernen, brengt om elk dier kernen de primaire en de secundaire wikkeling aan van een der phasen, en brengt ter verbinding van de drie naast elkaar staande kernen boven en beneden een juk aan van hetzelfde transformatorijzer. Dat dan de magnetische weerstand van de magnetische flux, teweeggebracht door de stroom in de primaire spoel op de middelste kern, niet dezelfde is als die van de buitenste kernen, is van geen practisch belang; de asymmetrie is voor de energie-overbrenging eigenlijk onmerkbaar. De magnetische velden op elk ogenblik in de kernen en jukken zijn composanten van de velden per spoel door de stromen in elk der drie spoelen opgewekt; dit lijkt gecompliceerd, maar geeft in de praktijk geen enkel bezwaar, zodat er honderdduizenden van zulke transformatoren in de Nederlandse electriciteitsnetten staan en hun werk uitstekend doen.
Alleen daar waar een zeer hoge spanning moet worden verkregen of die weer in een lagere spanning moet worden omgezet, vervaardigt men gewoonlijk de transformatoren éénphasig en verbindt ze dan (in ster of driehoek geschakeld, z electriciteitsproductie) tot een draaistroomsysteem. De grens van de spanning ligt hier bij 50 à 100 kilovolt; gewoonlijk zijn die transformatoren ook nog van een groot vermogen in kVA, en het wordt dan bezwaarlijk ze voor alle drie phasen tezamen in één constructie, in één oliebak ook, onder te brengen.
Door de genoemde verliezen en bovendien door de stromen, die door de spoelen gaan, worden de transformatoren, die gewoonlijk dag en nacht onder spanning staan, warm; daarom wordt voor kunstmatige koeling gezorgd. Middelen hiertoe zijn bijv.: het aanbrengen in een oliebak met geribde wanden, die dus meer uitstralend oppervlak hebben dan gladde wanden, het aanbrengen van extra afkoelende lichamen, precies gelijkende op radiatoren voor de centrale verwarming, aan de wand van de bak, het aanbrengen van pijpen, waardoor koud water stroomt, in de transformatorbak, zodat de warme olie haar warmte aan dat koude water afgeeft, het rondpompen van de olie van de transformator door een op een stoomcondensor lijkend vat, dat koud water bevat, het door een ventilator langs de koelribben van het olievat blazen van koude lucht. Al deze methoden worden toegepast, maar bij de gewone nettransformatoren is dat niet nodig: deze zijn bijna altijd zodanig geconstrueerd, dat de geribde wand van de oliebak voldoende aikoeling geeft. Daardoor ook behoeven die transformatoren geen toezicht; er zijn zelfs in automatische onderstations — voor electrische spoorwegen bijv. — wel inrichtingen, die zorgen, dat een ventilator als hierboven bedoeld automatisch in werking komt als een bepaalde temperatuur van de transformatorolie is bereikt.
