Transformatör, AC voltajı, akımı ve empedansı dönüştüren bir cihazdır. Transformatörün çalışma prensibi, elektromanyetik indüksiyon prensibi ile yapılmış statik bir elektrikli cihaz olmasıdır. Bunun birçok sınıflandırması vardır. Yaygın olmayan fonksiyonlarına göre darbe güç transformatörü, ara frekans transformatörü, tetikleme transformatörü, koruyucu transformatör vb. olarak ayrılabilir.
Transformatör, elektromanyetik indüksiyon prensibini kullanarak elektrik enerjisini aktaran veya sinyalleri bir devreden diğer devreye aktaran elektrikli bir cihazdır. Elektrik enerjisi iletimi veya sinyal iletimi için önemli bir bileşendir. Transformatör, AC voltajı, akımı ve empedansı dönüştüren bir cihazdır. AC akımı birincil bobinden aktığında, demir çekirdekte (veya manyetik çekirdekte) AC manyetik akı üretilir, böylece ikincil bobinde voltaj (veya akım) indüklenir. Transformatör demir çekirdek (veya manyetik çekirdek) ve bobinden oluşur. Bobinin iki veya daha fazla sargısı vardır; bunların güç kaynağına bağlanan sargısına birincil bobin, geri kalan sargılara ise ikincil bobinler denir.
1. İzin verilen sıcaklık
Transformatör çalışırken bobini ve demir çekirdeği bakır kaybı ve demir kaybı üretir. Bu kayıplar ısı enerjisine dönüştürülerek transformatörün demir çekirdeğinin ve bobininin sıcaklığının yükselmesine neden olur. Sıcaklık uzun süre izin verilen değeri aşarsa, yalıtım yavaş yavaş mekanik elastikiyetini ve eskimesini kaybedecektir.
Transformatörün her bir parçasının sıcaklığı çalışma sırasında farklıdır. Bobinin sıcaklığı en yüksektir, bunu çekirdeğin sıcaklığı takip eder. Yalıtım yağının sıcaklığı bobin ve çekirdeğin sıcaklığından daha düşüktür. Transformatörün üst yağ sıcaklığı alt yağ sıcaklığından daha yüksektir. Transformatörün çalışması sırasında izin verilen sıcaklık, üst yağ sıcaklığına göre kontrol edilir. Normal çalışmadaki A Sınıfı izolasyon transformatörü için, ortam hava sıcaklığı 40 dereceye kadar olduğunda, transformatör sargısının limit çalışma sıcaklığı 105 derecedir. Sargı sıcaklığı yağ sıcaklığından 10 derece yüksek olduğundan yağ kalitesinin bozulmasını önlemek amacıyla transformatörün üst yağ sıcaklığının 95 dereceyi geçmemesi öngörülmüştür. Normal şartlarda izolasyon yağının aşırı oksitlenmesini önlemek için üst yağ sıcaklığının 85 dereceyi geçmemesi gerekir. Cebri yağ sirkülasyonu, su soğutması ve hava soğutması kullanan transformatörler için üst yağ sıcaklığı çoğu zaman 75 dereceyi geçmemelidir. (Bu transformatörün üst yağ sıcaklığının izin verilen maksimum değeri 80 derecedir)
II. İzin verilen sıcaklık artışı
Transformatörün çalışması sırasında yalnızca üst yağ sıcaklığının izlenmesi, transformatörün güvenli çalışmasını garanti edemez. Ayrıca üst yağ sıcaklığı ile soğutma havası arasındaki sıcaklık farkının yani sıcaklık artışının da izlenmesi gerekir. Transformatör sıcaklığı ile ortam hava sıcaklığı arasındaki farka transformatör sıcaklık artışı denir. A sınıfı izolasyon transformatörleri için, maksimum ortam sıcaklığı 40 derece olduğunda ulusal standart, sargı sıcaklık artışının 65 derece olmasını ve üst yağ sıcaklığının 55 dereceye kadar çıkmasına izin verilmesini şart koşmaktadır. Transformatör sıcaklık artışı belirtilen değeri aşmadığı sürece, transformatörün nominal yük altında belirtilen çalışma ömrü içerisinde güvenli bir şekilde çalışması garanti edilebilir. (Trafo normal çalışma sırasında nominal yükte 20 yıl sürekli olarak çalışabilir)
III. Makul kapasite
Normal çalışmada, transformatörün taşıdığı güç yükü, transformatörün nominal kapasitesinin %75-90'si civarında olmalıdır.
IV. Makul akım aralığı
Transformatör alçak geriliminin maksimum dengesiz akımı, nominal değerin %25'ini aşmayacaktır; izin verilen transformatör güç kaynağı voltaj değişimi aralığı, nominal voltajın artı veya eksi %5'idir.
Bu aralığı aşarsa voltajı belirtilen aralığa ayarlamak için kademe anahtarı kullanılmalıdır. (Ayarlama elektrik kesintisi sırasında yapılmalıdır) Gerilim regülasyonu genellikle primer sargının kademesinin konumu değiştirilerek sağlanır. Kademe konumunu bağlayan ve değiştiren cihaza, transformatörün yüksek voltaj sargısının dönüş sayısını değiştirerek dönüşüm oranını ayarlayan kademe değiştirici denir. Düşük voltajın transformatörün kendisi üzerinde hiçbir etkisi yoktur, yalnızca çıkışın bir kısmını azaltır, ancak elektrikli ekipmanı etkiler; gerilim artar, manyetik akı artar, demir çekirdek doygunluğu, demir çekirdek kaybı artar ve transformatör sıcaklığı artar.
V. Aşırı Yük
Aşırı yük, normal aşırı yük ve kaza sonucu aşırı yük olarak ikiye ayrılır. Normal aşırı yük, normal güç kaynağı koşulları altında artan kullanıcı güç tüketiminden kaynaklanır. Transformatörün sıcaklığını artıracak, transformatör yalıtımının daha hızlı eskimesine ve hizmet ömrünün kısalmasına neden olacaktır. Bu nedenle aşırı yükleme işlemine genellikle izin verilmez. Özel durumlarda transformatör kısa süreliğine aşırı yüklenebilir ancak kışın nominal yükün %30'unu, yazın ise nominal yükün %15'ini aşmamalıdır. Ayrıca transformatörün aşırı yük kapasitesi, transformatörün sıcaklık artışına ve üreticinin talimatlarına göre belirlenmelidir.
Güç sisteminde veya kullanıcı trafo merkezinde bir kaza meydana geldiğinde, önemli ekipmanlara sürekli güç beslemesinin sağlanması amacıyla, transformatörün kısa bir süre aşırı yük altında çalışmasına, yani kaza aşırı yüklenmesine izin verilir. Kazara aşırı yük, bobin sıcaklığının izin verilen değeri aşmasına neden olacak ve bu nedenle yalıtım, normal koşullara göre daha hızlı eskiyecektir. Bununla birlikte, kaza sonucu aşırı yüklenme olasılığı düşüktür ve genel olarak transformatör yetersiz yüklenmiştir, bu nedenle kısa süreli aşırı yük, transformatörün yalıtımına zarar verecektir. Kaza aşırı yükünün zamanı ve katları üreticinin düzenlemelerine göre uygulanmalıdır.