Muuntaja on laite, joka muuntaa AC jännitteen, virran ja impedanssin. Muuntajan toimintaperiaate on, että se on staattinen sähkölaite, joka on valmistettu sähkömagneettisen induktion periaatteella. Siitä on monia luokituksia. Ei-yleisten toimintojensa mukaan se voidaan jakaa pulssitehomuuntajaan, välitaajuusmuuntajaan, liipaisumuuntajaan, suojamuuntajaan jne.
Muuntaja on sähkölaite, joka siirtää sähköenergiaa tai lähettää signaaleja piiristä toiseen käyttämällä sähkömagneettisen induktion periaatetta. Se on tärkeä komponentti sähköenergian tai signaalin siirrossa. Muuntaja on laite, joka muuntaa AC jännitteen, virran ja impedanssin. Kun vaihtovirta virtaa ensiökäämin läpi, rautasydämessä (tai magneettisydämessä) syntyy vaihtovirtamagneettista vuota, jolloin jännite (tai virta) indusoituu toisiokäämiin. Muuntaja koostuu rautasydämestä (tai magneettisydämestä) ja kelasta. Käämissä on kaksi tai useampia käämiä, joista virtalähteeseen kytkettyä käämiä kutsutaan primäärikäämiksi ja muita käämiä toisiokäämeiksi.
1. Sallittu lämpötila
Kun muuntaja on käynnissä, sen käämi ja rautasydän aiheuttavat kupari- ja rautahäviöitä. Nämä häviöt muunnetaan lämpöenergiaksi, mikä saa muuntajan rautasydämen ja käämin lämpötilan nousemaan. Jos lämpötila ylittää sallitun arvon pitkään, eriste menettää vähitellen mekaanisen kimmoisuutensa ja vanhenee.
Muuntajan kunkin osan lämpötila on erilainen käytön aikana. Kelan lämpötila on korkein, jota seuraa sydämen lämpötila. Eristävän öljyn lämpötila on alhaisempi kuin käämin ja sydämen lämpötila. Muuntajan ylempi öljyn lämpötila on korkeampi kuin alempi öljyn lämpötila. Sallittu lämpötila muuntajan käytön aikana tarkistetaan öljyn ylemmän lämpötilan mukaan. Luokan A eristysmuuntajalle normaalikäytössä, kun ympäristön ilman lämpötila on enintään 40 astetta, muuntajan käämin käyttölämpötilaraja on 105 astetta. Koska käämin lämpötila on 10 astetta korkeampi kuin öljyn lämpötila, öljyn laadun heikkenemisen estämiseksi muuntajan ylempi öljyn lämpötila ei saa ylittää 95 astetta. Normaaliolosuhteissa eristeöljyn ylihapettumisen estämiseksi öljyn ylempi lämpötila ei saa ylittää 85 astetta. Muuntajien, jotka käyttävät pakotettua öljykiertoa vesijäähdytystä ja ilmajäähdytystä, öljyn ylempi lämpötila ei saa usein ylittää 75 astetta. (Tämän muuntajan öljyn ylälämpötilan suurin sallittu arvo on 80 astetta)
II. Sallittu lämpötilan nousu
Ainoastaan ylemmän öljyn lämpötilan valvonta muuntajan käytön aikana ei voi taata muuntajan turvallista toimintaa. On myös tarpeen seurata lämpötilaeroa öljyn ylemmän lämpötilan ja jäähdytysilman välillä - eli lämpötilan nousua. Muuntajan lämpötilan ja ympäristön lämpötilan välistä eroa kutsutaan muuntajan lämpötilan nousuksi. Luokan A eristysmuuntajille, kun ympäristön maksimilämpötila on 40 astetta, kansallinen standardi määrää, että käämin lämpötilan nousu on 65 astetta ja ylemmän öljyn lämpötilan annetaan nousta 55 asteeseen. Niin kauan kuin muuntajan lämpötilan nousu ei ylitä määritettyä arvoa, muuntajan voidaan taata toimivan turvallisesti määritellyn käyttöiän aikana nimelliskuormalla. (Muuntaja voi toimia jatkuvasti 20 vuotta nimelliskuormalla normaalikäytössä)
III. Kohtuullinen kapasiteetti
Normaalissa käytössä muuntajan kantaman tehokuorman tulee olla noin 75-90 % muuntajan nimelliskapasiteetista.
IV. Kohtuullinen virta-alue
Muuntajan pienjännitteen suurin epäsymmetrinen virta ei saa ylittää 25 % nimellisarvosta; muuntajan teholähteen jännitteen muutoksen sallittu alue on plus tai miinus 5 % nimellisjännitteestä.
Jos se ylittää tämän alueen, kosketinkytkintä tulee käyttää jännitteen säätämiseen määritetylle alueelle. (Säätö tulee tehdä sähkökatkon aikana) Jännitteensäätö saadaan yleensä aikaan muuttamalla ensiökäämin hanan asentoa. Laitetta, joka yhdistää ja vaihtaa käämikytkimen, kutsutaan käämikytkimeksi, joka säätää muunnossuhdetta muuttamalla muuntajan suurjännitekäämin kierroslukua. Pienellä jännitteellä ei ole vaikutusta itse muuntajaan, se vain vähentää jonkin verran tehoa, mutta sillä on vaikutusta sähkölaitteisiin; jännite kasvaa, magneettivuo kasvaa, rautasydämen kyllästyminen, rautasydämen häviö kasvaa ja muuntajan lämpötila nousee.
V. Ylikuormitus
Ylikuormitus jaetaan normaaliin ylikuormitukseen ja onnettomuusylikuormitukseen. Normaali ylikuormitus johtuu käyttäjän lisääntyneestä virrankulutuksesta normaaleissa virransyöttöolosuhteissa. Se nostaa muuntajan lämpötilaa, jolloin muuntajan eristys vanhenee nopeammin ja lyhentää sen käyttöikää. Siksi ylikuormitustoimintaa ei yleensä sallita. Erityistapauksissa muuntaja voi ylikuormittua lyhyen aikaa, mutta se ei saa ylittää 30 % nimelliskuormasta talvella ja 15 % nimelliskuormasta kesällä. Lisäksi muuntajan ylikuormituskapasiteetti tulee määrittää muuntajan lämpötilan nousun ja valmistajan määräysten perusteella.
Kun voimajärjestelmässä tai käyttäjän sähköasemalla tapahtuu onnettomuus, tärkeiden laitteiden jatkuvan virransyötön varmistamiseksi muuntajan annetaan toimia lyhyen ajan ylikuormituksen alaisena eli onnettomuusylikuormituksena. Onnettomuusylikuormitus aiheuttaa käämin lämpötilan ylittävän sallitun arvon, jolloin eristys vanhenee nopeammin kuin normaaleissa olosuhteissa. Onnettomuusylikuormituksen mahdollisuus on kuitenkin pieni, ja yleensä muuntaja on alikuormitettu, joten lyhyt ylikuormitus vahingoittaa muuntajan eristystä. Onnettomuuden ylikuormituksen aika ja kerrannainen tulee toteuttaa valmistajan määräysten mukaisesti.