A transzformátor egy passzív alkatrész, amely elektromos energiát továbbít egyik elektromos áramkörből egy másik áramkörbe, vagy több áramkörbe. A transzformátor bármely tekercsében lévő változó áramerősség változó mágneses fluxust hoz létre a transzformátor magjában, ami változó elektromotoros erőt (EMF) indukál az ugyanazon mag köré tekercselt többi tekercsben. Az elektromos energia külön tekercsek között továbbítható anélkül, hogy a két áramkör között fémes (vezetőképes) kapcsolat lenne. Faraday indukciós törvénye, amelyet 1831-ben fedeztek fel, leírja az indukált feszültség hatását bármely tekercsben a tekercs által körülvett változó mágneses fluxus következtében.Az elektromágneses indukciót, a transzformátor működési elvét egymástól függetlenül fedezte fel Michael Faraday 1831-ben és Joseph Henry 1832-ben.
A transzformátorokat váltakozó feszültségszintek megváltoztatására használják, ezeket a transzformátorokat felfelé vagy lefelé mutató típusoknak nevezik a feszültségszint növelésére vagy csökkentésére. A transzformátorok az áramkörök közötti galvanikus leválasztásra, valamint a jelfeldolgozó áramkörök fokozatainak összekapcsolására is használhatók. Az első állandó potenciálú transzformátor 1885-ös feltalálása óta a transzformátorok elengedhetetlenek a váltakozó áramú villamos energia átviteléhez, elosztásához és hasznosításához. A transzformátorok széles skálájával találkozhatunk az elektronikai és elektromos alkalmazásokban. A transzformátorok mérete a köbcentiméternél kisebb RF transzformátoroktól az elektromos hálózat összekapcsolására használt több száz tonnás egységekig terjed.
Faraday korai kísérleteket végzett a huzaltekercsek közötti indukcióval kapcsolatban, beleértve egy pár tekercset egy vasgyűrű köré tekerve ezzel az első toroid zártmagú transzformátort. Azonban csak egyedi áramimpulzusokat alkalmazott a transzformátorára, és soha nem fedezte fel a kapcsolatot a fordulatszám és az EMF között a tekercsekben.
Az első transzformátortípus, amelyet széles körben használtak, az indukciós tekercs volt, amelyet Nicholas Callan tiszteletes, az írországi Maynooth College-ból talált fel 1836-ban. Ő volt az egyik első kutató, aki rájött, hogy a szekunder tekercs minél több fordulatszámú a primer tekercshez képest, annál nagyobb lesz az indukált másodlagos EMF. Az indukciós tekercsek a tudósok és feltalálók azon erőfeszítéseiből alakultak ki, hogy magasabb feszültséget kapjanak az akkumulátorokból. Mivel az akkumulátorok egyenáramot (DC) termelnek, nem pedig váltakozó áramot, az indukciós tekercsek vibráló elektromos érintkezőkre támaszkodtak, amelyek rendszeresen megszakították az áramot a primerben, hogy létrehozzák az indukcióhoz szükséges fluxusváltozásokat. Az 1830-as és 1870-es évek között a jobb indukciós tekercsek kialakítására irányuló erőfeszítések, többnyire próbálkozások és tévedések segítségével, lassan feltárták a transzformátorok alapelveit.
Az 1870-es évekre hatékony, váltakozó áramot (AC) előállító generátorok álltak rendelkezésre, és kiderült, hogy a váltakozó áram képes közvetlenül, megszakító nélkül táplálni egy indukciós tekercset.
1876-ban Pavel Yablochkov orosz mérnök feltalált egy világítási rendszert, amely indukciós tekercskészleten alapul, ahol az elsődleges tekercseket váltakozó áramú forráshoz kötötték. A szekunder tekercseket több saját tervezésű „elektromos gyertyához” (ívlámpához) lehetett kötni. A Yablochkov által alkalmazott tekercsek lényegében transzformátorként működtek.
A budapesti Ganz gyár 1878-ban kezdett elektromos világítástechnikai berendezéseket gyártani, és 1883-ig több mint ötven rendszert telepített az Osztrák-Magyar Monarchiában. Váltakozó áramú rendszereik ív- és izzólámpákat, generátorokat és egyéb berendezéseket használtak.
Lucien Gaulard és John Dixon Gibbs először 1882-ben állított ki egy nyitott vasmaggal rendelkező eszközt, amelyet „másodlagos generátornak” neveztek Londonban, majd eladták az ötletet az egyesült államokbeli Westinghouse cégnek. 1884-ben az olaszországi Torinóban is kiállították a találmányt, ahol elektromos világítási rendszerként alkalmazták.
A nyitott mágneses áramkörrel rendelkező indukciós tekercsek nem hatékonyak a terhelések teljesítményének átvitelében. Körülbelül 1880-ig a nagyfeszültségű tápról kisfeszültségű terhelésre történő váltakozó áram átvitelének paradigmája a soros áramkör volt. A közel 1:1 arányú nyíltmagos transzformátorokat a primerekkel sorba kapcsolták, hogy lehetővé tegyék a nagy feszültség átvitelét, miközben alacsony feszültséget adnak a lámpáknak. Ennek a módszernek az volt a hibája, hogy egyetlen lámpa (vagy más elektromos eszköz) kikapcsolása befolyásolta az ugyanazon az áramkörön lévő összes többi feszültséget. Számos állítható transzformátor-konstrukciót vezettek be a soros áramkör ezen problémás jellemzőinek kompenzálására, beleértve azokat is, amelyek a mag beállítását vagy a tekercs egy része körüli mágneses fluxus megkerülését alkalmazzák. A hatékony, praktikus transzformátortervek csak az 1880-as években jelentek meg, de egy évtizeden belül a transzformátor nagy szerepe lesz az áramok háborújában, és abban, hogy a váltakozó áramú elosztórendszerek győzedelmeskedjenek egyenáramú társaik felett, és ebben a helyzetben mindvégig dominánsak maradtak.
Zártmagú transzformátorok és párhuzamos áramelosztás
Zipernowsky Károly, Bláthy Ottó és Déri Miksa, a Ganz Művekkel dolgozó három magyar mérnök 1884 őszén megállapította, hogy a nyíltmagos készülékek kivitelezhetetlenek, mivel nem képesek megbízhatóan szabályozni a feszültséget. Az új transzformátorokra (későbbi neve ZBD transzformátorokra) vonatkozó közös 1885-ös szabadalmi bejelentéseikben két olyan zárt mágneses áramkört tartalmazó konstrukciót írtak le, ahol a réztekercseket vagy egy vashuzalgyűrű mag köré tekercselték, vagy egy vashuzalmaggal vették körül. A két konstrukció volt az első alkalmazása a mai napig általánosan használt két alapvető transzformátor-konstrukciónak, amelyeket „mag formának” vagy „héjformának” neveznek. A Ganz gyár 1884 őszén szállította a világ első öt nagy hatásfokú váltóáramú transzformátorát is, ezek közül az első egységet 1884. szeptember 16-án szállították le. Ezt az első egységet a következő specifikációk szerint gyártották: 1400 W , 40 Hz, 120:72 V, 11,6:19,4 A, arány 1,67:1, egyfázisú, héjforma.
Mindkét kivitelben a primer és szekunder tekercset összekötő mágneses fluxus szinte teljes egészében a vasmag határain belül haladt, anélkül, hogy szándékosan áthaladt volna a levegőn. Az új transzformátorok 3,4-szer hatékonyabbak voltak, mint a Gaulard és Gibbs nyíltmagos bipoláris eszközei. A ZBD szabadalmak két másik jelentős, egymással összefüggő újítást tartalmaztak: az egyik a soros kapcsolás helyett a párhuzamos kapcsolást, a másik pedig a nagy fordulatszámú transzformátorok lehetőségét, hogy a táphálózati feszültség sokkal magasabb legyen (kezdetben 1400-2000 V), mint a használati terhelések feszültsége (eleinte 100 V). A zártmagú transzformátorok párhuzamosan kapcsolt villamos elosztórendszerekben történő alkalmazása műszakilag és gazdaságilag végül is megvalósíthatóvá tették az otthonok, üzletek és közösségi terek világítására szolgáló villamos energiát. Bláthy zárt magok, Zipernowsky párhuzamos söntkötések alkalmazását javasolta, Déri pedig a kísérleteket végezte el.
A mai transzformátorokat a három mérnök által felfedezett elvek alapján tervezték. Népszerűsítették a „transzformátor” szót az elektromos áram EMF-jének megváltoztatására szolgáló eszköz leírására, bár a kifejezést már 1882-ben használták. 1886-ban a ZBD mérnökei tervezték, a Ganz gyár pedig szállított elektromos berendezéseket a világ első olyan erőműve számára, amely váltóáramú generátorokat használt a párhuzamosan kapcsolt közös elektromos hálózat táplálására, a gőzhajtású Róma-Cerchi erőmű volt.
