Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie

Transformator

Een transformator is een eenvoudig elektrisch apparaat dat de eigenschap van wederzijdse inductie gebruikt om een ​​wisselspanning van de ene naar de andere met een grotere of kleinere waarde om te zetten.

Het de eerste constante potentiaal werd uitgevonden in 1885, en sindsdien is het een noodzaak geworden als een essentieel apparaat voor de transmissie, distributie en het gebruik van wisselstroom (AC).

schaalvorm DBZ design transformator in 1885
Omhulsel van DBZ-ontwerptransformator in 1885, Afbeelding tegoed - Zátonyi Sándor, (ifj.), DBZ-verkeerCC BY-SA 3.0

Er zijn verschillende soorten transformatoren met verschillende ontwerpen die geschikt zijn voor verschillende elektronische en elektrische stroomtoepassingen. Hun afmetingen variëren van radiofrequentietoepassingen met een volume van minder dan een kubieke centimeter tot enorme eenheden van honderden tonnen die in elektriciteitsnetten worden gebruikt.

transformator
transformatoren in een elektrisch onderstation, Image Credit - Allalone 89Eindstation van Melbourne, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons

Ze worden het meest gebruikt bij de transmissie en distributie van energie over lange afstanden door de spanningsoutput van de transformator te verhogen, zodat de stroom wordt verminderd en vervolgens het weerstandskernverlies minder significant is, zodat het signaal over de afstanden naar de onderstation grenzend aan de consumenten waar de spanning weer wordt verlaagd voor verder gebruik.

Basisstructuur en werking van Transformer

De basisstructuur van een transformator bestaat doorgaans uit twee spoelen die rond een zachte ijzeren kern zijn gewikkeld, namelijk primaire en secundaire spoelen. De AC-ingangsspanning wordt toegepast op de primaire spoel en de AC-uitgangsspanning wordt waargenomen aan de secundaire zijde. 

Zoals we weten, wordt een geïnduceerde emf of spanning alleen gegenereerd wanneer de magnetische veldflux verandert ten opzichte van de spoel of het circuit, daarom is wederzijdse inductie tussen twee spoelen alleen mogelijk met een wisselende, dwz veranderende / wisselspanning, en niet met directe , dwz constante / gelijkspanning.

werking van transformator en lekflux
Werken met transformator en lekflux
Afbeelding tegoed:Mijn zelf, Transformator fluxCC BY-SA 3.0

De transformatoren worden gebruikt om spannings- en stroomniveaus te transmuteren volgens de verhouding tussen ingangs- en uitgangsspoelomwentelingen. De windingen in de primaire en secundaire spoel zijn Np en Ns, respectievelijk. Laat Φ de flux zijn die is verbonden door zowel primaire als secundaire spoelen. Dan,

Geïnduceerde emf over de primaire spoel,  Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie = Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie

Geïnduceerde emf over de secundaire spoel, Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie = Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie

Aan de hand van deze vergelijkingen kunnen we dat relateren  Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie

Waar de symbolen de volgende betekenis hebben:

 Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie        

Vermogen, P = IpVp = IksVs

Met betrekking tot de vorige vergelijkingen, Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie

Dus we hebben Vs = (Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie)Ven iks = Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntie IP

Voor opstap: Vs > Vp dus Ns>Np en iks<Ip

Voor aftreden: Vs <Vp dus Ns <Np en iks > Ikp

Primaire en secundaire spoel in een transformator

transformator
Primaire en secundaire wikkeling
Image Credit: anoniem, Transformator3d kleurCC BY-SA 3.0

De bovenstaande relatie is gebaseerd op enkele aannames, die als volgt zijn:

  • Dezelfde flux verbindt zowel primair als secundair zonder enige fluxlekkage.
  • De secundaire stroom is klein.
  • Primaire weerstand en stroom zijn verwaarloosbaar.

Daarom kan de efficiëntie van de transformator niet 100% zijn. Hoewel een goed ontworpen apparaat een efficiëntie tot 95% kan hebben. Voor een hoger rendement moeten de vier belangrijkste redenen van energieverlies in gedachten worden gehouden.

Oorzaak van energieverlies van transformator:

  • Flux lekkage: Er is altijd enige fluxlekkage, aangezien het bijna onmogelijk is om alle flux van primair naar secundair zonder lek te laten passeren.
  • Wervelstromen: De variërende magnetische flux zal wervelstromen in de ijzeren kern veroorzaken, die verhitting en dus energieverlies kunnen veroorzaken. Deze kunnen worden geminimaliseerd door een gelamineerde ijzeren kern te gebruiken.
  • Weerstand in de wikkeling: Energie gaat verloren in de vorm van warmteafvoer via de draden, maar kan worden geminimaliseerd door het gebruik van relatief dikke draden.
  • hysteresis: Wanneer de magnetisatie van de kern herhaaldelijk wordt omgekeerd door een wisselend magnetisch veld, leidt dit tot energieverbruik of verlies van energie door de opwekking van warmte in de kern. Dit kan worden verminderd door materialen te gebruiken met een lager magnetisch hystereseverlies.

We zullen ongeveer studeren wervelstrooms en Magnetische hysterese in details in de verdere secties.

Voor meer elektronica gerelateerd studiemateriaal Klik hier

Over Amrit Shaw

Transformer: een overzicht || 4 belangrijke voorwaarden voor een goede efficiëntieMaak verbinding met onze ex-auteur: LinkedIn(https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X