Een transformator is een statisch elektromagnetisch apparaat dat is ontworpen om een wisselspanning om te zetten (om te zetten) door deze te verhogen of te verlagen. Het kan ook worden gebruikt om het aantal fasen te wijzigen en minder vaak om de frequentie van wisselstroom te veranderen.
Elektrische energie wordt meestal over grote afstanden overgedragen met spanningen die meerdere keren hoger zijn dan het spanningsniveau dat door huishoudelijke consumenten wordt gebruikt. Het gebruik van transformatoren verbetert de kwaliteit van het transmissieproces van elektrische energie en maakt het mogelijk de verliezen in de netwerken te verminderen.
Apparaat en werkingsprincipe
Een transformator bestaat structureel uit twee (of meer) wikkelingen en een kern, ook wel een magnetisch circuit genoemd. De spanning wordt op het apparaat op de primaire wikkeling toegepast en de reeds geconverteerde spanning wordt verwijderd uit de secundaire wikkeling. De wikkelingen zijn met elkaar verbonden door een wisselend magnetisch veld, dat in de kern wordt opgewekt door de spanning die aan de primaire wikkeling wordt geleverd.
Soorten transformatoren
- macht;
- meten;
- laag vermogen;
- pols;
- piektransformatoren.
Verliezen
De transmissie van elektriciteit van de primaire naar de secundaire gaat steevast gepaard met verliezen.
Er zijn geen roterende componenten in de transformator en dus ook geen mechanisch verlies. In de eenheid treden echter verliezen op in het koper van de wikkelingen vanwege de aanwezigheid in de wikkelingen van een elektrische weerstand, evenals magnetische verliezen in het staal van de kern als gevolg van de resulterende wervelstromen en magnetisatie omkering.
Om deze redenen wordt niet alle energie overgedragen, maar alleen het meeste.
Efficiëntie en manieren om deze te vergroten
Net als elke andere energieomvormer heeft een transformator een prestatiecoëfficiënt (COP), die de efficiëntie van zijn werking kenmerkt.
Efficiëntie is de verhouding tussen het vermogen dat de lading van de eenheid trekt en het vermogen dat de geladen transformator van het net haalt. Ook kan het rendement worden uitgedrukt in termen van de verhouding tussen de energie die efficiënt wordt gebruikt en de energie die door het systeem wordt verbruikt.
Omdat de transformator een passieve energieomvormer is, is het rendement altijd minder dan één (η <1). Dit betekent dat het vermogen dat wordt verbruikt door de belasting die is aangesloten op de secundaire wikkeling altijd lager is dan het vermogen dat wordt verbruikt door het geladen apparaat vanuit het systeem.
Er zijn een aantal manieren om de efficiëntie te verbeteren, voornamelijk gericht op het verminderen van verliezen. Om bijvoorbeeld koperverliezen te verminderen, is het noodzakelijk om de doorsnede van de wikkeldraden te vergroten. En een afname van verliezen als gevolg van omkering van magnetisatie kan worden bereikt door zacht magnetisch staal te gebruiken met een bepaalde samenstelling en structuur voor de kern.
Om wervelstroomverliezen te verminderen, moet de magnetische kern worden verzameld uit afzonderlijke, van elkaar geïsoleerde stalen staven. Silicium kan ook worden gebruikt als additief in het materiaal van het magnetische circuit.