En transformator är en elektrisk anordning utformad för att överföra elektrisk energi från en krets till en annan med samma frekvens. Den kallas också för en statisk maskin eftersom den inte har några rörliga delar. Den används för att styra spänningsnivåerna mellan kretsar. Den har tre huvuddelar som består av två lindningar och en metallkärna till vilken lindningarna är lindade. Dessa lindningar är i form av spolar gjorda av bra strömledarmaterial. Lindningarna i en transformator spelar en huvudroll i maskinen eftersom dessa lindningsspolar fungerar som induktorer.
En transformator är en elektrisk anordning som är designad och tillverkad för att öka eller sänka spänningen. Elektriska transformatorer fungerar enligt principen om magnetisk induktion och har inga rörliga delar. När en transformator omvandlar spänningen på ingångssidan till den spänning som krävs av enheten eller utrustningen som är ansluten till utgången, ökar eller minskar den omvänt strömflödet mellan de olika spänningsnivåerna. En elektrisk transformator exemplifierar lagen om energibevarande som säger att energi varken kan skapas eller förstöras, bara omvandlas!
Transformatorns anatomi
En transformator består av följande delar:
- Primär spole
- Sekundär spole
- Kärna
- Isoleringsmaterial
- Transformatorolja
- Konservator
- Paus
- Tryckväxlare
- Kylrör
- Buchholz stafett
- Explosionsventil
Hur transformatorer fungerar
Primärspolen, sekundärspolen och kärnan är huvuddelarna i en krafttransformator. Dessa delar är mycket viktiga för att en transformator ska fungera.
Primärspolen består vanligtvis av koppar för dess höga ledningsförmåga och duktilitet. Antalet varv på spolen bör vara en multipel av antalet varv i den sekundära spolen. Det är också ansvarigt för att producera magnetiskt flöde. Magnetiskt flöde produceras när primärspolen är ansluten till en elektrisk källa. Kopparledaren som används i primärspolen bör vara tunnare än den för sekundärspolen så att strömmen i sekundärspolen blir högre än den i primärspolen.
Den sekundära spolen, som också består av koppar, tar emot det magnetiska flödet som produceras av primärspolen. Fluxet passerar genom kärnan och länkar upp till sekundärspolen. Sekundärspolen levererar energin till lasten vid ändrad spänning. Spänningen kommer att induceras i denna spole så lindningen bör ha ett högre antal varv jämfört med primärspolens.
Strömmen som kommer från primärspolen kommer att generera ett alternerande magnetiskt flöde i kärnan för att orsaka en elektromagnetisk förbindelse mellan primär- och sekundärspolarna. Det magnetiska flödet som passerar genom de två spolarna inducerar en elektromotorisk kraft med en storlek som är proportionell mot antalet varv på spolen.
Vad är ett VA- betyg?
En VA-klassificering eller volt-ampere-klassning används vanligtvis för att bestämma strömstyrkan vid en given spänning i en transformator. Volt-ampere används också för den skenbara effekten i en elektrisk krets. Denna klassificering avgör hur mycket volt-amp en transformator kan leverera.
Utgångsspänning för transformatorer
En centrumuttagstransformator är också allmänt känd som ”tvåfas, tretrådstransformator”. Det är en typ av transformator som har en extra tråd ansluten i mitten av transformatorns sekundärlindning. Den ger två sekundärspänningar, VA och VB, med en gemensam anslutning. Dessa sekundära spänningar är lika med den tillförda spänningen, vilket ger lika stor effekt till varje lindning.
En 12-0-12 transformator är en nedtrappad mittuttagstransformator med en inspänning på 220V AC vid 50Hz och en utspänning på 24V eller 12V (RMS). Den heter 12-0-12 transformator på grund av utgångspotentialerna för de tre terminalerna som visas i figuren ovan.
Sekundärlindningen består av tre terminaler: de två terminalerna för ände till ände och en tredje terminal som mittuttag. I figuren ovan kommer spänningen att vara 24V över hela änden (T1 och T3). Över T1 och T2 kommer spänningen att vara 12V. 0:an i 12-0-12 representerar referenspunkten med 0 spänning.
En elektrisk transformators grundläggande funktion
När primärspolen som tar emot spänningen (ingången) aktiveras magnetiseras kärnan och spänningen induceras eller stimuleras därefter i utgången eller sekundärspolen. Förändringen i spänning (spänningsförhållande) mellan primär- och sekundärspolarna är beroende av spolarnas varvförhållande.
När transformatorn är laddad – det vill säga när enheten eller utrustningen som transformatorn är konstruerad för att driva är ansluten och transformatorn är strömsatt – börjar ”lasten” dra ström (kvantifierad i ampere eller ampere) vid den spänning som transformatorn var designad för att leverera.
Grundläggande transformatordesign
Det är viktigt att komma ihåg att transformatorer inte genererar elektrisk kraft; de överför elektrisk kraft från en växelströmskrets till en annan med hjälp av magnetisk koppling. Transformatorns kärna används för att tillhandahålla en kontrollerad väg för det magnetiska flödet som genereras i transformatorn av strömmen som flyter genom lindningarna, som också kallas spolar.
Det finns fyra primära delar till bastransformatorn. Delarna inkluderar ingångsanslutningen, utgångsanslutningen, lindningarna eller spolarna och kärnan.
Ingångsanslutningar – Ingångssidan på en transformator kallas primärsidan eftersom den elektriska huvudströmmen som ska ändras är ansluten vid denna punkt.
Utgångsanslutningar – Utgångssidan eller sekundärsidan av transformatorn är där den elektriska kraften skickas till lasten. Beroende på kravet på belastningen ökas eller minskas den inkommande elektriska effekten.
Lindning – Transformatorer har två lindningar, den primära lindningen och den sekundära lindningen. Den primära lindningen är spolen som drar ström från källan. Sekundärlindningen är spolen som levererar energin vid den transformerade eller ändrade spänningen till lasten. Vanligtvis är dessa två spolar uppdelade i flera spolar för att minska uppkomsten av flöde.
Kärna – Transformatorns kärna används för att tillhandahålla en kontrollerad väg för det magnetiska flödet som genereras i transformatorn. Kärnan är i allmänhet inte en solid stång av stål, snarare en konstruktion av många tunna laminerade stålplåtar eller lager. Denna konstruktion används för att eliminera och minska uppvärmning.
Transformatorer har i allmänhet en av två typer av kärnor: kärntyp och skaltyp. Dessa två typer särskiljs från varandra genom det sätt på vilket de primära och sekundära spolarna är placerade runt stålkärnan.
Kärntyp – Med denna typ omger lindningarna den laminerade kärnan.
Skaltyp – Med denna typ omges lindningarna av den laminerade kärnan.
När en inspänning läggs på primärlindningen börjar växelström flyta i primärlindningen. När strömmen flyter skapas ett föränderligt magnetfält i transformatorns kärna. När detta magnetiska fält skär över sekundärlindningen produceras växelspänning i sekundärlindningen.
Förhållandet mellan antalet faktiska trådvarv i varje spole är nyckeln för att bestämma typen av transformator och vad utspänningen kommer att vara. Förhållandet mellan utspänning och inspänning är detsamma som förhållandet mellan antalet varv mellan de två lindningarna.
En transformators utspänning är större än ingångsspänningen om sekundärlindningen har fler trådvarv än primärlindningen. Utspänningen är upptrappad och anses vara en ”step-up transformator”. Om sekundärlindningen har färre varv än primärlindningen är utspänningen lägre. Detta är en ”step-down transformator”.
Transformatorkonfigurationer
Det finns olika konfigurationer för både enfasiga och trefasiga system.
Enfas ström – Enfas transformatorer används ofta för att leverera ström för bostadsbelysning, uttag, luftkonditionering och värmebehov. Enfastransformatorer kan göras ännu mer mångsidiga genom att både primärlindningen och sekundärlindningen görs i två lika delar. De två delarna av endera lindningen kan sedan återkopplas i serie eller parallella konfigurationer.
Trefasström – Strömförsörjning kan ske genom en trefaskrets som innehåller transformatorer där en uppsättning av tre enfastransformatorer används, eller på trefastransformatorer. När en betydande mängd ström är involverad i transformationen av trefaseffekt är det mer ekonomiskt att använda en trefastransformator. Det unika arrangemanget av lindningarna och kärnan sparar mycket järn.
Delta och Wye – Det finns två anslutningskonfigurationer för trefaseffekt: Delta och Wye. Delta och Wye är grekiska bokstäver som representerar hur ledarna på transformatorerna är konfigurerade. I en deltakoppling är de tre ledarna anslutna ände mot ände i en triangel- eller deltaform. För en wye utstrålar alla ledare från mitten, vilket betyder att de är anslutna till en gemensam punkt.
Trefastransformatorer – Trefastransformatorer har sex lindningar; tre primära och tre sekundära. De sex lindningarna är anslutna av tillverkaren som antingen delta eller wye. Såsom tidigare nämnts kan de primära lindningarna och sekundärlindningarna var och en vara anslutna i en delta- eller vy-konfiguration. De behöver inte anslutas i samma konfiguration i samma transformator. De faktiska anslutningskonfigurationerna som används beror på applikationen.
Krafttransformator
En krafttransformator används främst för att koppla elektrisk energi från en strömförsörjningsledning till ett kretssystem eller till en eller flera komponenter i systemet. En krafttransformator som används med halvledarkretsar kallas en likriktartransformator. En krafttransformators betyg ges i termer av sekundärens maximala spänning och strömlevererande kapacitet.
Distributionstransformator
En distributionstransformator av poltyp används för att leverera relativt små mängder ström till bostäder. Den används i slutet av elverkets leveranssystem.
Autotransformator
Autotransformatorn är en speciell typ av krafttransformator. Den består av en enda, kontinuerlig lindning som knackas på ena sidan för att ge antingen en steg-upp- eller en steg-ned-funktion. Detta skiljer sig från en konventionell tvålindad transformator, som har den primära och sekundära helt isolerade från varandra, men magnetiskt kopplade av en gemensam kärna. Autotransformatorns lindningar är både elektriskt och magnetiskt sammankopplade.
En autotransformator är initialt billigare än en tvålindad transformator med liknande klassificering. Den har också bättre reglering (mindre spänningsfall) och högre effektivitet. Dessutom kan den användas för att erhålla nollledningen till en tretrådig 240/120-voltstjänst, precis som sekundärtråden till en tvålindningstransformator. Autotransformatorn anses vara osäker för användning på vanliga distributionskretsar. Detta beror på att de primära högspänningskretsarna är anslutna direkt till den sekundära lågspänningskretsen.
Isoleringstransformator
En isoleringstransformator är en mycket unik transformator. Den har ett varvförhållande på 1:1. Därför stegar den inte spänningen upp eller ner. Istället fungerar den som en säkerhetsanordning. Den används för att isolera den jordade ledaren på en kraftledning från chassit eller någon del av en kretsbelastning. Användning av en isoleringstransformator minskar inte risken eller stöten om kontakt sker över transformatorns sekundärlindning.
Tekniskt sett är alla verkliga transformatorer, oavsett om de används för att överföra signaler eller ström, isolerande, eftersom den primära och sekundära inte är anslutna med ledare utan endast genom induktion. Endast transformatorer vars primära syfte är att isolera kretsar (i motsats till den vanligare transformatorfunktionen för spänningsomvandling), beskrivs rutinmässigt som isoleringstransformatorer.
Instrumenttransformator
För att mäta höga ström- eller spänningsvärden är det önskvärt att använda standardmätinstrument för lågt räckvidd tillsammans med specialkonstruerade instrumenttransformatorer, även kallade precisionstransformatorer. En transformator med exakt förhållande gör precis som namnet antyder. Den transformeras med ett exakt förhållande för att tillåta ett anslutet instrument att mäta ström eller spänning utan att faktiskt köra full effekt genom instrumentet. Det krävs att omvandla relativt små mängder ström eftersom den enda belastningen, som kallas en börda, är de känsliga rörliga elementen i en amperemeter, voltmeter eller wattmeter.
Det finns två typer av instrumenttransformatorer:
Ström – Används med en amperemeter för att mäta ström i AC-spänningar
Potential – Används med en voltmeter för att mäta spänning (potentialskillnad) i AC.
Strömtransformator
En strömtransformator har en primärspole med ett eller flera varv av tung tråd. Den är alltid seriekopplad i kretsen där strömmen ska mätas. Den sekundära spolen består av många varv av fin tråd, som alltid måste kopplas över amperemeterns terminaler. Sekundären till en strömtransformator får aldrig vara öppen.
Detta beror på att den primära inte är ansluten till en konstant källa. Det finns ett brett utbud av möjliga primärspänningar, eftersom enheten kan anslutas till många typer av ledare. Den sekundära måste alltid vara tillgänglig (sluten krets) för att reagera med den primära, för att förhindra att kärnan blir helt magnetiserad. Om detta händer kommer instrumenten inte längre att läsa korrekt.
En klämma- amperemeter fungerar på liknande sätt. Genom att öppna klämman och placera den runt en strömförande ledare, fungerar själva ledaren som en envarvs primär. Sekundären och amperemetern är bekvämt monterade i enhetens handtag. Urtavlan gör att ett antal strömområden kan mätas exakt.
Potentiell transformator
En potentiell transformator är en noggrant designad, extremt noggrann nedtrappningstransformator. Den används normalt med en standard 120-volts voltmeter. Genom att multiplicera avläsningen på voltmetern (kallad deflektioner) med förhållandet mellan transformation, kan användaren bestämma spänningen på den höga sidan. Vanliga omvandlingsförhållanden är 10:1, 20:1, 40:1, 80:1, 100:1, 120:1 och ännu högre.
I allmänhet är en potentiell transformator mycket lik en vanlig tvålindad transformator, förutom att den hanterar en mycket liten mängd ström. Transformatorer för denna tjänst är alltid skaltypen, eftersom denna konstruktion har visat sig ge bättre noggrannhet.
