Mitä ovat muuntajahäviöt?

Muuntaja on elektronisten piirien peruskomponentti, joka nostaa tai laskee jännitettä. Tämä saavutetaan kahden kuparilankakäämin, ensisijaisen ja toisiokäämin, läpi jatkuvan magneetin, jota kutsutaan ytimeksi. Muuntajan häviöt viittaavat sähköenergiaan, joka katoaa jännitteen lisäämisen tai laskemisen aikana.
Toinen tapa tarkastella tätä on, että mikään ei tule ilman kustannuksia elektroniikassa, joka toimii normaalissa käyttölämpötilassa. Ensiömuuntajan käämiin syötetty teho tulee toissijaisessa käämissä aina pienemmäksi. Ensisijainen kela ei koske fyysisesti toisiokäämiä, kuten voisi odottaa muuntyyppisissä sähköliitäntöissä. Yhteyden tekee itse asiassa magneettikenttä ja se on vuorovaikutuksessa elektronien kanssa. Tämä yhteys tunnetaan induktiona, mikä on järkevää, koska magneettikenttä indusoi tai saa sähkön siirtymään ensisijaisesta kelasta toissijaiseksi.

Muuntajan häviöt ovat suoraa seurausta magneettisesta induktiosta, ja ne voidaan ennustaa matemaattisesti. Tämän ymmärtämiseksi voidaan harkita miltä magneettikenttä näyttää. Jos rautahiutaleita on siroteltu jäykälle paperille, joka on asetettu magneetin päälle, rautahiutaleet muodostuvat kaareviksi viivoiksi. Sähkö häviää muuntajissa, koska kaarevat magneettilinjat vievät osan energiasta ulkoilmaan ja ympäröiviin materiaaleihin pikemminkin kuin suoraan toisiokäämiin.

Kun ihmiset ensin perehdytään muuntajahäviöihin, reaktio voi olla se, että muuntajat ovat liian tehottomia ollakseen hyviä. Suunnittelun haasteena on kuitenkin vähentää muuntajan häviöt määriin, joilla ei ole merkitystä muualla piirissä. Muuntajien koko vaihtelee tietokoneen emolevyistä löytyvistä hyvin pienistä teollisissa voimalaitoksissa käytettäviin erittäin suuriin. Suurilla muuntajilla on varaa menettää enemmän energiaa kuin pienemmillä kollegoillaan.

Lämpöenergia on tärkeä tulos muuntajan häviöistä. Kadonneet elektronit ovat vuorovaikutuksessa ympäröivien materiaalien kanssa, mukaan lukien jotkut ilmassa olevat kaasut, ja tästä lämpö tulee. Jos lämpöä ei poisteta tarpeeksi nopeasti, muuntaja voi ponnahtaa ja suuremmissa malleissa räjähtää. Ponnahtamista ja räjähtämistä voi tapahtua myös, jos suhteellisen suuri sähköteho piikki työnnetään ensisijaiseen kelaan. Siksi matematiikka on suoritettava ensin tietyn muuntajamallin toimintarajojen määrittämiseksi.