Transformator: 5 belangrijke voorwaarden voor de beste 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.

De 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).

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.

Ze worden het meest gebruikt bij de transmissie en distributie van energie over lange afstanden door de uitgangsspanning van de te verhogen transformator zodat de stroom wordt verminderd en vervolgens het resistieve kernverlies minder significant is, zodat het signaal over de afstanden kan worden overgedragen naar het 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. 

Omdat we weten dat een geïnduceerde emf of spanning alleen wordt gegenereerd wanneer de magnetische veldflux verandert ten opzichte van de spoel of het circuit, dus wederzijdse inductie tussen twee spoelen is alleen mogelijk bij wisselspanning, dus wisselende/wisselspanning, en niet bij gelijkspanning, dus gelijkspanning.

De transformatoren worden gebruikt om spanning te transmuteren; en stroomniveaus volgens de verhouding van ingangs- tot uitgangsspoelwindingen. De windingen in de primaire en secundaire spoel zijn N_p en N_s, respectievelijk. Laat Φ de flux zijn die is verbonden door zowel primaire als secundaire spoelen. Dan,

Geïnduceerde emf over de primaire spoel,   =

Geïnduceerde emf over de secundaire spoel,  = 

Aan de hand van deze vergelijkingen kunnen we dat relateren  

Waar de symbolen de volgende betekenis hebben:

Vermogen, P = I_pV_p = Ik_sV_s

Met betrekking tot de vorige vergelijkingen,

Dus we hebben V_s = ()V_P  en ik_s = I_P

Voor opstap: V_s > V_p dus N_s>N_p en ik_s<I_p

Voor aftreden: V_s <V_p dus N_s <N_p en ik_s > Ik_p

Primaire en secundaire spoel in een transformator

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.
• draaikolk stromen: De variërende magnetische flux zal wervelstromen in de ijzeren kern veroorzaken, wat kan leiden tot verwarming en dus energieverlies. 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

Lees ook:

• Basisprincipes van energie, energie ja
• Elektrische energie naar mechanische energie
• Hoe de elastische energie in gymnastiekapparatuur kan worden geoptimaliseerd voor de veiligheid van atleten
• Relatie tussen frequentie en energie
• Zonne-energie zonneboiler zonne-zwembadverwarmer
• Hoe thermische energie te meten die wordt gegenereerd door wrijving in machines
• Waarom is energieconversie belangrijk in windturbines?
• Hoe chemische, energie-efficiënte gewasbeschermingsmethoden te ontwerpen
• Hoe u de energiebehoeften voor ruimtemissies kunt vinden
• Hoe benutten zonnepanelen lichtenergie?