Essendo componenti cruciali nei sistemi di alimentazione, i trasformatori-immersi in olio eseguono funzioni quali la conversione di tensione, di corrente e di impedenza. Il loro principio di funzionamento si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica, ottenendo una trasmissione e una conversione efficiente dell'energia elettrica attraverso una serie di processi fisici.
Un trasformatore immerso in olio- è costituito principalmente da un nucleo di ferro, avvolgimenti e olio isolante. Il nucleo di ferro è tipicamente costituito da fogli laminati di acciaio al silicio con elevata permeabilità magnetica. La sua funzione è fornire un percorso a bassa-riluttanza per il campo magnetico alternato, riducendo l'isteresi e le perdite per correnti parassite. Gli avvolgimenti sono divisi in avvolgimenti ad alta-tensione e avvolgimenti a bassa-tensione, ciascuno avvolto attorno al nucleo di ferro e costituito da filo ben-isolato. L'olio isolante non solo fornisce isolamento ma dissipa anche il calore generato durante il funzionamento del trasformatore trasferendolo alle pareti del serbatoio dell'olio attraverso la convezione.
Quando la corrente alternata scorre nell'avvolgimento primario del trasformatore (lato alta-tensione o bassa-tensione), la corrente alternata nel filo genera un campo magnetico alternato nel nucleo di ferro. Secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday, questo campo magnetico variabile induce una forza elettromotrice nell'avvolgimento secondario adiacente. Nello specifico, se il numero di spire nell'avvolgimento primario è N₁, il numero di spire nell'avvolgimento secondario è N₂, la tensione primaria è U₁ e la tensione secondaria è U₂, la relazione di trasformazione della tensione del trasformatore soddisfa l'equazione U₁/U₂=N₁/N₂. Quando N₁ > N₂, il trasformatore è un trasformatore step-down; in caso contrario, è un trasformatore-up. La corrente è inversamente proporzionale al numero di spire, ovvero I₁/I₂=N₂/N₁, garantendo un quasi equilibrio tra potenza in ingresso e in uscita (ignorando le perdite).
L'olio isolante svolge molteplici ruoli nel funzionamento del trasformatore. Innanzitutto riempie gli spazi tra gli avvolgimenti e il nucleo, migliorando l'isolamento elettrico. In secondo luogo, grazie alla sua elevata capacità termica, l'olio trasferisce il calore generato dal nucleo e dagli avvolgimenti al dissipatore di calore attraverso la convezione naturale o la circolazione forzata, mantenendo la temperatura dell'apparecchiatura entro un intervallo di sicurezza. Inoltre, la struttura immersa nell'olio- isola efficacemente l'aria, rallentando l'invecchiamento del materiale isolante.
I trasformatori-immersi in olio raggiungono una conversione di tensione flessibile tramite induzione elettromagnetica. La loro efficienza e affidabilità dipendono dal design del circuito magnetico del nucleo, dal rapporto spire dell'avvolgimento e dalle proprietà di dissipazione del calore e isolamento dell'olio isolante. Questo principio rende i trasformatori un componente fondamentale indispensabile delle moderne reti elettriche, supportando la trasmissione stabile dell’elettricità dalla produzione di energia al consumo.