Transformator: 5 wichtige Voraussetzungen für beste Effizienz

Transformator

Ein Transformator ist ein einfaches elektrisches Gerät, das die Eigenschaft der gegenseitigen Induktion nutzt, um eine Wechselspannung mit einem größeren oder kleineren Wert von einer zur anderen umzuwandeln.

Das Das erste Konstantpotential wurde 1885 erfundenund seitdem ist es eine Notwendigkeit als wesentliches Gerät für die Übertragung, Verteilung und Nutzung von Wechselstrom (AC) geworden.

Es gibt verschiedene Arten von Transformatoren mit unterschiedlichen Designs, die für unterschiedliche elektronische und elektrische Energieanwendungen geeignet sind. Ihre Größen reichen von Hochfrequenzanwendungen mit einem Volumen von weniger als einem Kubikzentimeter bis zu riesigen Einheiten mit einem Gewicht von Hunderten von Tonnen, die in Stromnetzen verwendet werden.

Sie werden am häufigsten bei der Übertragung und Verteilung von Energie über große Entfernungen verwendet, indem sie die Ausgangsspannung von erhöhen Transformator so dass der Strom reduziert wird und folglich der ohmsche Kernverlust weniger signifikant ist, so dass das Signal über die Entfernungen zu den an die Verbraucher angrenzenden Umspannwerken übertragen werden kann, wo die Spannung zur weiteren Verwendung wieder herabgesetzt wird.

Grundstruktur und Funktionsweise des Transformators

Die Grundstruktur eines Transformators besteht im Allgemeinen aus zwei Spulen, die um einen Weicheisenkern gewickelt sind, nämlich Primär- und Sekundärspulen. Die Wechselstrom-Eingangsspannung wird an die Primärspule angelegt und die Wechselstrom-Ausgangsspannung wird auf der Sekundärseite beobachtet. 

Wie wir wissen, wird eine induzierte EMK oder Spannung nur erzeugt, wenn sich der Magnetfeldfluss relativ zur Spule oder Schaltung ändert, daher Gegeninduktivität zwischen zwei Spulen ist nur mit Wechsel-, also wechselnder/Wechselspannung möglich und nicht mit Gleich-, also konstanter/Gleichspannung.

Das Transformatoren werden verwendet, um Spannung umzuwandeln und Strompegel gemäß dem Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspulenwindungen. Die Windungen in der Primär- und Sekundärspule sind N_p und N_s, beziehungsweise. Sei Φ der Fluss, der sowohl durch Primär- als auch Sekundärspulen verbunden ist. Dann,

Induzierte EMK über der Primärspule,   =

Induzierte EMK über der Sekundärspule,  = 

Aus diesen Gleichungen können wir das in Beziehung setzen  

Wo die Symbole folgende Bedeutung haben:

Leistung, P = I._pV_p = Ich_sV_s

In Bezug auf die vorherigen Gleichungen,

Wir haben also V._s = ()V_P  und ich_s = I_P

Für Step-up: V_s > V._p also N._s>N_p und ich_s<I_p

Zum Rücktritt: V_s <V_p also N._s <N_p und ich_s > Ich_p

Primär- und Sekundärspule in einem Transformator

Die obige Beziehung basiert auf einigen Annahmen, die wie folgt lauten:

• Der gleiche Fluss verbindet Primär und Sekundär ohne Flussverlust.
• Der Sekundärstrom ist klein.
• Primärwiderstand und Strom sind vernachlässigbar.

Daher kann der Transformatorwirkungsgrad nicht 100% betragen. Obwohl ein gut gestalteter einen Wirkungsgrad von bis zu 95% haben kann. Um einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen, sollten die vier Hauptgründe für den Energieverlust berücksichtigt werden.

Ursache für den Energieverlust des Transformators:

• Flussleckage: Es gibt immer eine gewisse Flussleckage, da es fast unmöglich ist, dass der gesamte Fluss von der Primärwicklung ohne Leckage zur Sekundärseite gelangt.
• Eddy Ströme: Der schwankende magnetische Fluss induziert Wirbelströme im Eisenkern, die zu Erwärmung und damit zu Energieverlust führen können. Diese könnten durch die Verwendung eines lamellierten Eisenkerns minimiert werden.
• Widerstand in der Wicklung: Energie geht in Form von Wärmeableitung durch die Drähte verloren, kann aber durch die Verwendung von vergleichsweise dicken Drähten minimiert werden.
• Hysterese: Wenn die Magnetisierung des Kerns wiederholt durch ein magnetisches Wechselfeld umgekehrt wird, führt dies zu einem Energieverbrauch oder -verlust durch Wärmeerzeugung im Kern. Dies kann durch Verwendung von Materialien mit geringerem magnetischen Hystereseverlust verringert werden.

Wir werden darüber lernen Wirbelstroms und Magnetische Hysterese im Detail in den weiteren Abschnitten.

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