vpro Transformator

• overige
• MBO
• Studiejaar 2

Transformator

Transformator

Een transformator is een omzetter die een elektrische energie met een bepaalde spanningswaarde omzet in een elektrische

energie met een andere spanningswaarde.

Een transformator in zijn eenvoudigste vorm is opgebouwd uit drie onderdelen: een transformatorkern met daarop een

 primaire wikkeling en een secundaire wikkeling (ook wel windingen genoemd).

Amperewindingen

Het aantal ampèrewindingen (AW) van een spoel is bepalend

voor de magnetische kracht van die spoel.  Je kunt dit berekenen door de stroom (I) te vermenigvuldigen met het aantal wikkelingen (n) van de spoel.

100 windingen 5A = 500AW

200 windingen 2A = 400AW

Omzetverhoudingen

De transformatieverhouding is de verhouding tussen de primaire en secundaire spanning: U1/U2. 

De wikkelingverhouding is de verhouding tussen het aantal primaire en secundaire wikkelingen:N1/N2

Bij een transformator is de transformatieverhouding gelijk aan de wikkelingverhouding

Een transformator wordt aangesloten op een spanning van 230 volt. Het aantal primaire wikkelingen is 4.600. Het aantal secundaire wikkelingen is 480.
Welke secundaire spanning staat er op de uitgang van de transformator?

Een transformator wordt aangesloten op een spanning van
400 volt. De wikkelverhouding is 4 : 1.

Welke secundaire spanning staat er op de uitgang van de transformator?

Gebruik van transformatoren

• om de spanning te verlagen
• om de spanning te verhogen
• om veilig te kunnen werken
  

Verliezen

Bij de omzetting van energie ontstaan altijd verliezen.

Warmte is verlies. De warmte is te berekenen door de formule 

De totale koperverliezen zijn dan te berekenen door: 

I​2​​⋅R

P​Cu​​=(I​1​​)​2​​⋅R​1​​+(I​2​​)​2​​⋅R​2​​

PCu = de koperverliezen in watt [W]

I1 = de primaire stroom in ampère [A]

I2 = de secundaire stroom in ampère [A]

R1 = de primaire ohmse weerstand in ohm [Ω]

R2 = de secundaire ohmse weerstand in ohm [Ω]

P​Cu​​=(I​1​​)​2​​⋅R​1​​+(I​2​​)​2​​⋅R​2​​

Totale verliezen

In de kern van de transformator ontstaan verliezen doordat het

magnetisch veld door het kernmateriaal loopt. Net als bij verliezen van de elektrische stroom door een elektrische weerstand, heb je hier te maken met een magnetische stroom door een magnetische weerstand. Deze verliezen noem je de ijzerverliezen. (Pfe)

Het totale verlies van een transformator is dus:

Het totale verlies van een transformator is dus:

Pverlies = PCu + PFe

waarin:

Pverlies = het totale verlies in watt (W)

PCu = het koperverlies in watt (W)

PFe = het ijzerverlies in watt (W)

De algemene formule voor de vermogensbalans luidt dan ook:

Pafgegeven = Ptoegevoerd - Pverlies

waarin:

Pafgegeven = het afgegeven vermogen in watt (W)

Ptoegevoerd = het toegevoerde vermogen in watt (W)

Pverlies = het totale verlies in watt (W)

De warmteontwikkeling is afhankelijk van het vermogen en de tijd. Hoe

langer er vermogen verloren gaat, des te meer warmte wordt er ontwikkeld. 

De formule voor het warmteverlies luidt:

Wverlies = Pverlies × t

waarin:

Wverlies = het warmteverlies in joule (J) of wattseconde (W∙s)

Pverlies = het totale verlies in watt (W)

t = de tijd in seconden (s)

Een transformator moet een halfuur lang 500 watt leveren aan
een apparaat. Tijdens de omzetting gaat 35 watt verloren.
a. Hoeveel vermogen moet de transformator opnemen?

Een transformator moet een halfuur lang 500 watt leveren aan
een apparaat. Tijdens de omzetting gaat 35 watt verloren.

Hoeveel warmte wordt er ontwikkeld?

Het verlies van een omzetter zegt op zich niet zoveel. Wanneer een grote omzetter 100 watt aan verlies heeft, kan dit in verhouding weinigzijn ten opzichte van een kleine omzetter met vijf watt verlies. Het gaat erom hoeveel het verlies is ten opzichte van het totaal.

Een goede vergelijking voor het relatieve verlies van een omzetter is het

rendement. Het rendement wordt gegeven als:

waarin:

η = het rendement in %

Pafgegeven = het afgegeven vermogen in watt (W)

Ptoegevoerd = het toegevoerde vermogen in watt (W)

 

η=​P​tpegevoerd​​​​P​afgegeven​​​​⋅100

Een transformator moet een halfuur lang 500 watt leveren aan
een apparaat. Tijdens de omzetting gaat 35 watt verloren.
Bereken het rendement van de transformator

Een transformator heeft een rendement van 93% en neemt
gedurende twee uur een vermogen op van 10 kW. Hoeveel
warmte wordt ontwikkeld?