Muuntaja on sähkökone, jonka laite on suunniteltu muuntamaan yksi vaihtovirtaarvo toiseksi. Muuntajat toimivat vaihtovirralla. Nämä koneet ovat saaneet laajimman jakelun, koska sähköä on siirrettävä pitkiä matkoja jännitteillä, jotka ovat paljon korkeammalla kuin energiateollisuudessa tai kotikäytössä tarvitaan. Siten muuntajan käyttö mahdollistaa sähköhäviöiden vähentämisen sen siirron aikana ja prosessin laadun parantamisen. Yksi tämän koneen tärkeimmistä ominaisuuksista on muuntajan hyötysuhde, eli hyötysuhde. Toinen tärkeä ominaisuus on muunnossuhde, joka määräytyy tulojännitteen suhteesta lähtöjännitteeseen.
Muuntaja on yleensä staattinen laite. Perinteinen muuntaja (ja niitä on useita tyyppejä) koostuu sydämestä, joka on koottu ferromagneettisista levyistä, sekä toisio- ja ensiökäämistä, jotka sijaitsevat sydäntä vastapäätä. Kuten jo mainittiin, muuntajia on päätyyppejä: step-up (lähtöjännite on suurempi kuin tulo) jaaskel alas (jännite lähdössä on pienempi kuin sisääntulossa). Yksi tärkeimmistä laitteen toiminnan edellytyksistä on yksi jännitetaajuus.
Muuntajan hyötysuhteen määrittämiseksi otamme käyttöön seuraavan merkinnän:
- P1 - muuntajan käyttämä sähköteho,
- P2 - lähtöteho,
- PL on tehohäviö.
Tässä tapauksessa energiansäästölaki on muodossa: P1=P2+ PL. Näitä merkintöjä käyttämällä on helppo johtaa muuntajan hyötysuhteen kaava. Tehokkuuskaava näyttää tältä: n=P2/ P1=(P1- PL)/ P1=1- PL/ P1. Kuten näet, se voidaan esittää useissa versioissa. Viimeisestä kaavasta voidaan nähdä, että muuntajan hyötysuhde ei voi olla suurempi kuin 1 (eli on mahdotonta saavuttaa sataa prosenttia suurempaa hyötysuhdetta). Tämä on ymmärrettävää.
Muuntajan hyötysuhteen oikea laskeminen on monimutkaisempi asia kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Suunnitellessaan ja kehittäessään piirejä ja muuntajan tai tietyntyyppisten muuntajien sarjan kokonaissuunnittelua suunnittelijat kohtaavat usein tiettyjä ongelmia. Esimerkiksi muuntajan kustannusten alentamiseksi on tarpeen minimoida materiaalien kulutus. Toisa alta näiden materiaalien kulutusta on lisättävä, jotta laite olisi luotettavampi käytössä.
Näistä ristiriitaisista syistä muuntajan hyötysuhde on yleensä standardisoitu, mikä normalisoi häviöt. Kertoimen arvoa määritettäessäMuuntajan hyötysuhteessa on otettava huomioon materiaalikustannukset, sähkön ja voimajohtojen kustannukset, eli monet taloudelliset tekijät. Muuntajan hyötysuhde voi vaihdella kuormituksen mukaan, ja tämä tekijä on myös otettava huomioon tätä yksikköä suunniteltaessa.
