ცვლადი დენის ხელსაწყოებს შორის, რომლებმაც ფართო გამოყენება ჰპოვეს ტექნიკაში, მნიშვნელოვან ადგილს იკავებენ ტრანსფორმატორები . ცვლადი დენის წყაროს ძაბვის გადიდებისა ან შემცირებისათვის გამოყენებული ტრანსპორმატორების მუშაობის პრინციპი ელექტრომაგნიტური ინდუქციის პრინციპზეა დამყარებული. უმარტივესი ტრანსფორმატორი შედგება მაგნიტური მასალისაგან დამზადებული შეკრული ფორმის გულასაგან, რომელზეს ორი მავთულის გრაგნილია დახვეული: პირველადი და მეორადი (ნახ.1).
ნახ. 1.
უმარტივესი ტრანსფორმატორი და მისი პირობითი სქემატური გამოსახულება. n1 და n2 – ხვიეთა რიცხვებია გრაგნილში
პირველადი გრაგნილი e1 (t) ემძ-ს მქონე ცვლადი დენის წყროსთანაა მიერთებული, ამიტომ მასში აღიძვრება J1 (t) დენი, რომელიც ტრანსპორმატორის გულაში ცვლად მაგნიტურ Φ ნაკადს ქმნის. ეს ნაკადი პრაქტიკულად გაფანტვის გარეში ცირკულირებს შეკრულ მაგნიტურ გულაში და გამსჭვალავს პირველადი და მეორადი გრაგნილების ყველა ხვიას. უქმი სვლის რეჟიმში, ე.ი. როცა მეორადი გრაგნილის წრედი გახსნილია, დენი პირველად გრაგნილში საკმაოდ მცირეა გრაგნილის დიდი ინდუქციური წინაღობის გამო. ამ რეჟიმში ტრანსპორმატორი დიდ სიმძლავრეს მოიხმარს.
სიტუაცია მკვეთრად იცვლება, როცა მეორადი გრაგნილის წრედში Rн წინაღობის მქონე დატვირთვა ირთვება, და მასში აღიძვრება ცვლადი დენი J2 (t). ახლა გულაში სრული მაგნიტურ Φ ნაკადს ორივე დენი ქმნის. მაგრამ კენცის წესის თანახმად მაგნიტური ნაკადი Φ2, რომელიც მეორად გრაგნილი ინდუქცირებული J2 დენით იქმნება, პერველად გრაგნილში გამავალი J1დენის მიერ შექმნილი Φ1 ნაკადისშმხვედრი მიმართულებითაა მიმართული: Φ = Φ1 – Φ2. აქედან გამოდის, რომ J1 და J2 დენების საპირისპირო ფაზებში იცვლებიან, ე.ი. ფაზის წანაცვლება 180°-ია.
მეორე მნიშვნელოვანი დასკვნა იმაში მდგომარეობს, რომ დენი პირველად გრაგნილში J1 დატვირთვისას მნიშვნელოვნად მეტია ვიდრე უქმი სვლის დენი. ის იმიტომ ხდება, რომ გულაში სრული ნაკადი Φ დატვირთვის რეჟიმში ისეთივე უნდა იყოს როგორც უქმი სვლის დროს, რადგან ძაბვა u1 პირველად გრაგნილზე ორივე შემთხვევაში ერთნაერია. ეს ძაბვა ცვლადი დენის წყაროს e1 ემძ-ს ტოლია. რადგანაც გრაგნილების გამსჭვალავი მაგნიტური ნაკადი, გრაგნილებში ხვიათა n1 და n2 რიცხვების ტოლია, პირველადი გრაგნილისთვის შეიძლება ჩაიწეროს:
მეორადი გრაგნილისათვის:
აქედან გამომდინარე,
ნიშანი მინუსი ნიშნავს, რომ u1 და u2 ძაბვები, ისევე როგორც J1 და J2 დენები გრაგნილებში, საპირისპირო ფაზებში იმყოფებიან. ამიტომ პირველად გრაგნილში ძაბვასა u1 და დენს J1 შორის ფაზათა წანაცვლება φ1 ტოლია მეორად გრაგნილში ძაბვასა u2 და დენს J2 შორის ფაზათა φ2 წანაცვლებისა. თუ მეორე გრაგნილი დატვირთვას აქტიური Rн წინაღობა წარმოადგენს, მაშინ φ1 = φ2 = 0.
გრაგნილებზე ძაბვების ამპლიტუდური მნიშვნელობებისათვის შეიძლება ჩაიწეროს:
კოეფიციენტი K = n2 / n1 ტრანსფორმაციის კოეფიციენტია. როცა K > 1 ტარანსპორმატორს უწოდებენ ამამაღლებელს, ხოლო როცა K < 1 – დამადაბლებელს.
ზევით მოყვანილი თანაფარდობები სამართლიანია მხოლოდ იდეალური ტრანსფორმატორებისათვის, სადაც არ არისმაგნიტური ნაკადის გაბნევა და ენერგიის დანაკარგები ჯოულის სითბოზე. ეს დანაკარგები შეიძლება დაკავშირებული იყოს თვითონ გრაგნილების აქტიური წინაღობების არსებობასთან და გულაში ინდუქციური დენების (ფუკოს დენების) წარმოქმნასთან. ფუკოს დენების შესამცირებლაგ ტრანსფორმატორის გულები ჩვეულებრივ თხელი ფოლადის, ერთმანეთისაგან იზოლირებული, ფურცლებისაგან მზადდება. ენერგიის დაკარგვის კიდევ ერთი მექანიზმი არსებობს, რომელიც გულას ჰისტერეზისულ მოვლენასთანაა დაკავშირებული. ფერომაგნიტური მასალების ციკლური გადამაგნიტების დროს ადგილი აქვს ენერგიის დანაკარგს, რომელიც ჰისტერეზისის მარყუჟის ფართობის პირდაპირპროპორციულია.
კარგ თანამედროვე ტრანსფორმატორებში დატვირთვისას ენერგიის დანაკარგები ნომინალურთან ახლოსაა და 1–2 %-ს არ აჭარბებს, ამიტომ მათთვის იდეალური ტრანსფორმატორის თეორია მიახლოებით სამართლიანია.
თუ ენერგიის დანაკარგებს უგულვებელვყოფთ, მაშინ ცვლადი დენის წყაროდან ტრანსფორმატორის მიერ მოხმარებული სიმძლავრე P1 დატვირთვისათვის გადაცემული P2 სიმძლავრის ტოლია.
აქედან გამოდის, რომ
ე.ი. გრაგნილების დენები ხვიების უკუპროპორციულია.
თუ მხედველობაში მივიღებთ, რომ U2 = RнI2, შეიძლება მივიღოთ შემდეგი თანაფარდობა
ფარდობა Rექვ = U1 / I1 შეიძლება განვიხილოთ როგორც პირველადი წრედის აქტიური წინაღობა, როცა მეორადი გრადნილი დატვირთულია Rн წინაღობით. ამგვარად, ტარნსფორმატორი გარდაქმნის არა მართო ძაბვასა და დენს, არამედ წინაღობასაც.
თანამედროვე ტექნიკაში ფართო გამოყენება ჰპოვეს სხვადასხვა კონსტრუქცის პრანსფორმატორებმა. რადიოტექნიკურ მოწყობილობებში გამოიყენება მცირე ზონის, დაბალ სიმძლავრის ტრანსფორმატორები, რომლებსაც ჩვეულებრივ რამოდენიმე გრაგნილი (ცვლადი დენი წყაროს ძაბვის ამამაღლებელი ან დამადაბლებელი) აქვთ. ელექტროტექნიკაში ხშირად გამოიყენება ე.წ. სამფაზიანი ტრანსფორმატორები, რომლებიც ერთდროულად სამი, ერთმანეთისადმი 120°-ანი კუთხის წანაცვლებული ფაზების მქონე, ძაბვის ასამაღლებლად ან დასადაბლებლადაა განკუთვნილი.
მძლავრი სამფაზიანი ტრანსფორმატორები გამოიყენება დიდ მანძილებზე ელექტროენერგიის გადაცემისათვის.
ელექტროსადგულიდან ათასობით კილომეტრით დაშორებულ დიდ ქალაქებამდე ან საწარმოო ცენტრებამდე ელექტროენერგიის გადაცემა რთულ სამეცნიერო-ტექმიკურ პრობლემას წარმოადგენს.
გამტარების გათბობაზე დანაკარგების შეამცირებლად აუცილებელია გადამცემ ხაზებძე დენის ძალის შემცირება, და ე.ი. ძაბვის გადიდება. ჩვეულებრივ გადაცემის ხაზები გათვილია 400-500კვ-ზე, ამასთან ხაზებში გამოიყენება 50ჰც სიხშირის სამფაზა დენი. ნახ. 2-ზე მოცემულია ელექტროენერგიის მომხმარებლამდე გადაცემის სქემა. სქემა წარმოდგენას იძლევა თუ როგორ ხდება ტრანსფორმატორების გამოყენება ელექტროგადაცემისას.
უნდა აღინიშნოს, რომ ძაბვის გადიდებისას გადაცემის ხაზებში იზრდება ჰაერის საშუალებით ენერგიის გადინება. ტენიან დღეებში გამტარების მახლობლობაში შეიძლება წარმოიშვეს ე.წ. კორონალური განმუხტვა, რომელიც შეიძლება დამახასიათებელი ტკაცუნის საშუალებით გამოვლინდეს. გადაქემის ხაზების მარგი ქმედების კოეფიციენტი 90 %-ს არ აღემატება.
ნახ. 2.
მაღალი ძაბვის ელექტროგადამცემი ხაზების პირობითი სქემა. ტრანსფორმატორები ძაბვას ხაზის რამდემიმე წერტილშიცვლიან. სქემაზე მაღალი ძაბვის ელექტროგადამცემი ხაზის სამი სადენიდან მხოლოდ ერთია გამოსახული