Transformators begrijpen: Kernprincipes en praktische toepassingen

Het principe van een transformator is een van de belangrijkste elektrische componenten in een wisselstroom-energiesysteem. Vandaag de dag gebruiken veel circuits transformators die essentieel zijn en de ruggengraat vormen van hoe we alles met stroom voorzien. In dit artikel leert u over het werkingsprincipe, de basisstructuur en toepassingen, zodat u de juiste transformator voor uw behoeften kunt vinden!

Dit artikel leert u over het werkingsprincipe, de basisstructuur en toepassingen, zodat u de juiste transformator voor uw behoeften kunt vinden!

1. Wat is een transformator?

Een transformator is een elektrisch apparaat dat gebruikt wordt om elektrische energie van het ene elektrische circuit naar het andere over te dragen. Bovendien behoudt het het vermogensfactor op eenheid en zorgt ervoor dat de spanningsniveaus in beide circuits ongewijzigd blijven.

2. Typen transformators:

De classificaties van transformatortypen zijn als volgt:

(Transformator diagrammen)

Op basis van constructie

1. Kern-type transformator - De kerncomponenten kunnen bestaan uit gelamineerde staalplaten, siliciumstaalplaten, of ijzerlegering zoals siliciumstaal. Heeft ook cilindrische spoelen van draad als wikkelingen met lage-spanningswikkelingen dichter bij de kern geplaatst.
2. Hulstype transformator - is een transformator waarin de kern, spoel en isolatie in een aluminium of staal behuizing zijn gehuisvest. Neemt meestal de rechthoekige vorm aan.

Op basis van het type voeding

1. Enige-fase transformator – Dit type is een enkele wikkelingapparaat met één spoel aangesloten op de primaire kant en een andere op de secundaire kant van een transformator.
2. Drie-fase transformator – Bestaat uit drie spoels bevestigd aan elke kernkant. Bovendien is elke spoelaansluiting zo gemaakt dat ze wederzijds loodrechte magnetische velden produceren.
3. Autotransformator – Dit type gebruikt twee wikkelingen aan beide kanten voor zowel optredende als afdaalende spanningsverandering.

(Olie-gevulde transformator)

Op basis van koelingstype

1. Olie-gevulde transformators - Het afvoeren van warmte gegenereerd door de elektrische stroom via het medium olie.
2. Luchtkern transformator - een waarin de warmte gegenereerd door de elektrische stroom via de lucht wordt afgevoerd.

Op basis van hun gebruik

1. Stroomtransformator - Gebruikt om zeer hoge stromen in elektrische energieoverdracht te meten.
2. Spanningstransformator - Meet zeer hoge wisselspanningen.

Op basis van het doel

1. Optredende transformator - biedt de functie van het veranderen van het spanningsniveau van laag naar hoog
2. Afdaalende transformator - biedt de functie van het veranderen van het spanningsniveau van hoog naar laag

(Hoogspanningstransformator)

3. Toepassingen van transformators

Transformator toepassingen zijn in:

• Eerstens, industriële en laboratorium gebruik en spanningsregeling in energiesystemen om de voedingsspanning te verhogen of te verlagen.
• Tweedens, elektriciteitsopwekking en -distributie, en mijnbouw, olie & gas industrieën.
• Derde, optredend of afdaalend van wisselspanningen van elektriciteitsvoedingslijnen.
• Radiotechnologie gebruik om hoogfrequente signalen op te trekken of af te daalen voor transmissie over langere afstanden zonder verlies van signaalsterkte. Algemeen in audio transformators en commerciële transformators.
• Ten slotte, vermogenelektronica circuits waar ze kunnen werken als automatische spanningsregelaars.

4. Basisstructuren van een transformator

(Transformator structuren)

De structuren van een basistransformator omvatten:

• Gelamineerde kern; opgebouwd uit gelamineerde ijzerstukken gerangschikt op een zodanige manier dat een minimaal pad voor magnetische flux wordt geboden. Ook fungeert de kern als een gesloten magnetisch circuit.
• Primaire wikkeling; geplaatst rond de kern in beide richtingen en geïsoleerd van de kern. De spoelen zijn koperen draden.
• Secundaire wikkeling; geplaatst rond de primaire en geïsoleerd van deze, beide in dezelfde richting of met omgekeerde polariteit ten opzichte van de primaire.

Basistransformator Constructie:

Een transformator bestaat uit twee of meer spoelen (wikkelingen) om een gelamineerde staalkern gewikkeld. De invoerwikkelingen (primaire wikkeling) verbinden met één terminal van de stroombron. En uitgangswikkelingen (secundaire wikkeling) verbinden over de belastingcircuit.

(Hand aan componenten)

De volgende zijn de basisstappen in de constructie van een transformator:

• Eerst, het maken van primaire en secundaire spoelen – Gebruik isolatietape of emaillecoating om de wikkelingen van deze spoelen van elkaar te scheiden.
• Vervolgens, het monteren van deze spoelen op een gemeenschappelijke zacht ijzeren kern bestaande uit hoog gelamineerde siliciumstaalplaten gewikkeld met isolatietape om wervelstroomverliezen te verminderen. De verbinding van deze transformatorkernlamineringen is in de vorm van stroken. Belangrijk is dat de platen een hoog siliciumgehalte moeten hebben om hystereseverliezen te verlagen. Verder verbindt de primaire spoel met één einde van de kern terwijl de andere zich aan de secundaire spoel bevestigt. Ook hebt u geschikte doorvoeren nodig bij het isoleren en het naar buiten brengen van terminalen van de transformatortank.
• Scherming van spoelen – Gebruikt om de primaire wikkeling te beschermen tegen elektromagnetische effecten veroorzaakt door geïnduceerde spanningen in transformatoren die catastrofale transformatorstoring kunnen veroorzaken. Op dezelfde manier wordt dit gedaan door extra isolatietape aan beide kanten van deze spoelen te wikkelen.

5. Werkingsprincipe van een transformator

Het basisprincipe betrokken bij het werken van transformators is de wet van Faraday van elektromagnetische inductie: N*dΦ/dt (Wet van Faraday), waar N het aantal spoelwindingen is.

(Wet van Faraday)

De wet stelt dat een elektrische flux geïnduceerd wordt in een gesloten circuit wanneer de magnetische flux die ermee verbonden is, verandert. Dit fenomeen is het resultaat van de wederzijdse inductie van stromen die door deze twee circuits lopen. Hier is de uitleg:

Wanneer een elektrische stroom door de primaire wikkeling vloeit, creëert het een magnetisch veld rond deze wikkeling. Dus produceert het een magnetische flux rond de primaire spoel. Vervolgens biedt de transformatorkern een pad voor deze flux om de wikkelingen te verbinden. Echter, niet alle flux koppelt met de secundaire wikkeling en dus de naam lekkageflux. Daarna vindt een inductie van spanning op de secundaire spoel plaats. Dit is door wederzijdse inductie tussen spoelen gewikkeld op een gemeenschappelijke ijzeren kern door koppeling in de magnetische kern.

Dit proces creëert geïnduceerde EMK aangezien het probeert de stroom door zich heen te weerstaan en vice versa. De geïnduceerde spanning in de secundaire spoel fungeert als een belasting voor de primaire wikkeling.

NB; Een transformator is een statisch apparaat; dus de veranderende spanningsniveaus treden op door magnetische inductie, niet door de beweging van zijn vaste materialen.

Nu laten we belangrijke termen zien bij het omgaan met transformators.

(Koperen wikkelingen)

Windingverhouding in transformators

De verhouding van het aantal windingen in de primaire wikkeling tot die in de secundaire spoel. Dit getal aangeeft hoeveel keer het spanningsniveau in het primaire circuit vermindert na afdaling door de transformator.

De representatie is X/Y. 'X' duidt het aantal windingen in de primaire spoel (Np) aan en 'Y' duidt het aantal windingen in de secundaire spoel (Ns) aan. Aannemende dat het een ideale transformator is.

Formule; Np/Ns=n=Windingverhouding

Bijvoorbeeld, als er 100 windingen in de primaire spoel en 50 windingen in de secundaire zijn, wordt deze verhouding uitgedrukt als 100/50.

Dit betekent dat een transformator met een optredende verhouding minder windingen aan de secundaire kant zal hebben dan de primaire. Het tegenovergestelde is waar voor een transformator met een afdaalende verhouding.

(Transformator wikkelingen)

Transformator verhouding

De verhouding van secundaire spanning tot primaire spanning is de transformatorverhouding. De uitdrukking van de spanningstransformatieverhouding is in volt/volt of ampere/ampere, en dit hangt af van het type belastingweerstand aangesloten met de secundaire spoel.

De berekeningsformule:

Transformator verhouding = (V/V of V/A secundaire belastingweerstand)/(V primaire of A primaire)

Bijvoorbeeld; De spanning over een secundaire wikkeling is 100 volt, en de stroom die erdoor vloeit is 20 ampere. Dan zal de transformatorverhouding van dat specifieke circuit 100/20 zijn.

NB; Het maximale stroomniveau of de spanning over een secundaire wikkeling in een transformator verwijst naar de nominale stroom of spanning. Deze nominalwaarde van het secundaire circuit beslist zijn maximale werkcapaciteit. En bepaalt of het geschikt is voor hoge spanning of lage stroom toepassingen.

(De transformator en elektrische componenten)

Transformator rendement

Dit is de verhouding van het werk dat een transformator verricht op invoervermogen tot dat gegenereerd in de secundaire wikkeling.

De uitdrukking is in percentage termen.

De formule is:

Rendement = (Uitgangsvermogen / Ingangsvermogen) x 100

Bijvoorbeeld, overweeg een transformator's invoervermogen 100 watt en de secundaire wikkeling genereert 80 watt. Dan zal de transformatorrendement van dat specifieke circuit 80% zijn.

Dit betekent dat er een verlies van 20% aan energie is wanneer stroom vloeit van de primaire naar de secundaire kant van de transformator.

Let op, zowel de invoer- als uitgangsvermogensniveaus van de transformator moeten hetzelfde zijn voor deze verhouding geldig te blijven. Dat wil zeggen, zowel primaire als secundaire stromens moeten dezelfde waarde hebben.

Als de invoerstroom groter is dan de uitgang, dan zal de transformatorrendement minder dan 100% zijn en vice versa.

(EMK)

Elektromotorieke kracht vergelijking van een transformator

Elektromotorieke kracht (EMK) is simpelweg de verhouding van invoerspanning tot uitgangsspanning in een transformator.

De uitdrukking is in termen van volt/volt of ampere/ampere.

Bijvoorbeeld, overweeg de transformator's invoerspanning als 100 volt en de uitgangsspanning is 95 volt. Dan zal de terug EMK van dat specifieke circuit 95/100 of 0,95 keer de invoerspanning zijn.

Dit betekent dat er een verlies van 0,05 volt aan energie is wanneer stroom vloeit van de transformator's primaire naar de secundaire kant.

De formule voor het vinden van EMK over een secundaire spoel van een transformator is:

E=N*delta/Turns^n

Waarbij,

E: elektromotorieke kracht in volt.

N: aantal windingen in de primaire wikkeling.

Delta/Turns^n: windingverhouding van primaire en secundaire spoelen.

U kunt de bovenstaande vergelijking schrijven als E=N*Turns^(n-x)

Waar 'n' het aantal windingen in de secundaire spoel aanduidt, en 'x' gelijk is aan (N-n).

Deze vergelijking toont aan dat EMK over een secundaire wikkeling recht evenredig is met primaire windingen en omgekeerd evenredig met (N-n).

(Spanningstransformator)

Elektrisch vermogen in een transformator

Het berekenen van het elektrische vermogen in een transformator is eenvoudig, met de formule: Vermogen = Spanning x Stroom.

Waarbij 'Vermogen' het invoervermogen aanduidt en 'Spanning' en 'Stroom' de invoerspanning en -stroom aanduiden.

Bijvoorbeeld: Overweeg de transformator's vermogensnominaal als 100 watt en de spanning over de primaire wikkeling is 400 volt. Dan zal de stroom die erdoor vloeit 0,25 ampere zijn aangezien vermogen=spanning x stroom.

Zoals u hier ziet, is de stroom die een transformator trekt zeer klein vergeleken met zijn vermogensnominaal.

6. Samenvatting

Wij hebben informatie gegeven over wat transformators doen en hoe ze werken in deze blogpost. Als u geïnteresseerd bent in meer over uw transformator-gerelateerde project, neem dan contact met ons op! Ons team is altijd blij om eventuele vragen van u te beantwoorden.