Het apparaat en het werkingsprincipe van de transformator

Gebruik om een ​​elektrische spanning van de ene grootte om te zetten in een elektrische spanning van een andere grootte, dat wil zeggen om elektrische energie om te zetten elektrische transformatoren.

Een transformator kan alleen wisselstroom omzetten in wisselstroom, daarom wordt om gelijkstroom te verkrijgen de wisselstroom van de transformator indien nodig gelijkgericht. Voor dit doel dienen ze gelijkrichters.

Op de een of andere manier werkt elke transformator (of het nu een spanningstransformator, een stroomtransformator of een pulstransformator is) dankzij het fenomeen elektromagnetische inductie, dat zich in al zijn glorie manifesteert, juist met wissel- of pulsstroom.

Transformator apparaat

In zijn eenvoudigste vorm bestaat een enkelfasige transformator uit slechts drie hoofdonderdelen: een ferromagnetische kern (magnetisch circuit), evenals primaire en secundaire wikkelingen. Een transformator kan in principe meer dan twee wikkelingen hebben, maar minimaal twee. In sommige gevallen kan de functie van de secundaire wikkeling worden uitgevoerd door een deel van de windingen van de primaire wikkeling (zie Fig. soorten transformatoren), maar dergelijke oplossingen zijn vrij zeldzaam in vergelijking met de gebruikelijke.

Het grootste deel van de transformator is een ferromagnetische kern. Wanneer de transformator werkt, bevindt het veranderende magnetische veld zich in de ferromagnetische kern. De bron van het veranderende magnetische veld in de transformator is de wisselstroom van de primaire wikkeling.

Transformator secundaire wikkelspanning

Het is bekend dat elke elektrische stroom gepaard gaat met een magnetisch veld; dienovereenkomstig gaat een wisselstroom gepaard met een wisselend (in grootte en richting veranderend) magnetisch veld.

Dus door wisselstroom te leveren aan de primaire wikkeling van de transformator, krijgen we een veranderend magnetisch veld van de primaire wikkelstroom. En dus is het magnetische veld voornamelijk geconcentreerd in de kern van de transformator, deze kern is gemaakt van een materiaal met een hoge magnetische permeabiliteit, duizenden keren groter dan dat van lucht, dus het grootste deel van de magnetische flux van de primaire wikkeling zal zijn precies in de kern gesloten, niet door lucht.

Het wisselende magnetische veld van de primaire wikkeling is dus geconcentreerd in het volume van de transformatorkern, die is gemaakt van transformatorstaal, ferriet of ander geschikt materiaal, afhankelijk van de werkfrequentie en het doel van een bepaalde transformator.

De secundaire wikkeling van de transformator bevindt zich op een gemeenschappelijke kern met zijn primaire wikkeling. Daarom dringt het wisselende magnetische veld van de primaire wikkeling ook door de windingen van de secundaire wikkeling.

A fenomeen van elektromagnetische inductie het ligt simpelweg in het feit dat een in de tijd variërend magnetisch veld een veranderend elektrisch veld veroorzaakt in de ruimte eromheen. En aangezien er een tweede spoeldraad in deze ruimte rond het veranderende magnetische veld is, werkt het geïnduceerde wisselende elektrische veld in op de ladingsdragers in deze draad.

Deze elektrische veldactie veroorzaakt een EMF bij elke omwenteling van de secundaire spoel. Als gevolg hiervan verschijnt een wisselende elektrische spanning tussen de klemmen van de secundaire wikkeling. Wanneer de secundaire wikkeling van de aangesloten transformator onbelast is, is de transformator leeg.

Werking van de transformator onder belasting

Als een bepaalde belasting is aangesloten op de secundaire wikkeling van een werkende transformator, ontstaat er een stroom door de belasting in het gehele secundaire circuit van de transformator.

Deze stroom wekt zijn eigen magnetische veld op, dat volgens de wet van Lenz een zodanige richting heeft dat het tegengesteld is aan de 'oorzaak die het veroorzaakt'. Dit betekent dat het magnetische veld van de stroom van de secundaire wikkeling op elk moment de neiging heeft om het toenemende magnetische veld van de primaire wikkeling te verminderen of de neiging heeft om het magnetische veld van de primaire wikkeling te ondersteunen wanneer het afneemt, het wijst altijd naar de magnetische veld van de primaire spoel.

Dus wanneer de secundaire wikkeling van de transformator wordt belast, treedt er een tegen-EMK op in de primaire wikkeling, waardoor de primaire wikkeling van de transformator wordt gedwongen meer stroom uit het voedingsnetwerk te halen.

Transformatie factor

De windingsverhouding van de primaire N1- en secundaire N2-wikkelingen van een transformator bepaalt de verhouding tussen de ingangsspanningen U1 en U2 en de ingangsstromen I1 en I2 wanneer de transformator onder belasting werkt. Deze verhouding wordt genoemd transformatieverhouding van de transformator:

De transformatiefactor is groter dan één als de transformator wordt verlaagd en kleiner dan één als de transformator wordt verhoogd.

Spanningstransformator

Een spanningstransformator is een soort step-down transformator die is ontworpen om hoogspanningscircuits galvanisch te isoleren van laagspanningscircuits.

Als het om hoogspanning gaat, bedoelen ze meestal 6 kilovolt of meer (op de primaire wikkeling van de spanningstransformator), en laagspanning betekent waarden in de orde van grootte van 100 volt (op de secundaire wikkeling).

Zo'n transformator wordt in de regel gebruikt voor meetdoeleinden… Het verlaagt bijvoorbeeld de hoogspanning van de hoogspanningslijn naar een handige lage spanning voor meting, terwijl het ook in staat is om de meet-, beveiligings- en regelcircuits galvanisch te isoleren van het hoogspanningscircuit. Dit type transformatoren werken meestal in de ruststand.

In principe kan alles een spanningstransformator worden genoemd transformatorgebruikt om elektrische energie om te zetten.

Huidige transformator

In een stroomtransformator is de primaire wikkeling, die meestal uit slechts één winding bestaat, in serie geschakeld met het stroombroncircuit. Deze bocht kan een deel van de circuitdraad zijn waar de stroom moet worden gemeten.

De draad wordt eenvoudig door het venster van de transformatorkern geleid en wordt deze enkele draai - de draai van de primaire wikkeling. De secundaire wikkeling, die veel windingen heeft, is verbonden met een meetapparaat met een lage interne weerstand.

Transformatoren van dit type worden gebruikt om wisselstroomwaarden in stroomcircuits te meten. Hier zijn de stroom en spanning van de secundaire wikkeling evenredig met de gemeten stroom van de primaire wikkeling (stroomcircuit).

Stroomtransformatoren worden veel gebruikt in relaisbeveiligingsapparaten voor voedingssystemen, daarom hebben ze een hoge nauwkeurigheid. Ze maken metingen veilig, omdat ze het meetcircuit galvanisch betrouwbaar isoleren van het primaire circuit (meestal hoogspanning - tientallen en honderden kilovolts).

Puls transformator

Deze transformator is ontworpen om een ​​pulsvorm van stroom (spanning) om te zetten. Korte pulsen, meestal rechthoekig, die op de primaire wikkeling worden toegepast, zorgen ervoor dat de transformator praktisch in tijdelijke omstandigheden werkt.

Dergelijke transformatoren worden gebruikt in pulsspanningsomzetters en andere pulsapparaten, evenals in differentiërende transformatoren.

Het gebruik van pulstransformatoren maakt het mogelijk om het gewicht en de kosten van de apparaten waarin ze worden gebruikt te verminderen, simpelweg vanwege de verhoogde conversiefrequentie (tientallen en honderden kilohertz) in vergelijking met netwerktransformatoren die werken met een frequentie van 50-60 Hz. Rechthoekige pulsen, waarvan de stijgtijd veel korter is dan de pulsduur zelf, worden meestal getransformeerd met weinig vervorming.