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Prinzip von Transformer:Alles, was Sie wissen sollten

Das Prinzip des Transformators ist eine der wichtigsten elektrischen Komponenten in einem Wechselstromsystem. Heutzutage verwenden viele Stromkreise Transformatoren, die unerlässlich sind und das Rückgrat unserer Stromversorgung bilden.
In diesem Artikel lernen Sie das Funktionsprinzip, den grundlegenden Aufbau und die Anwendungen kennen, damit Sie den richtigen Transformator für Ihre Anforderungen finden!

In diesem Artikel lernen Sie das Funktionsprinzip, den grundlegenden Aufbau und die Anwendungen kennen, damit Sie den richtigen Transformator für Ihre Anforderungen finden!

1. Was ist ein Transformator?

Ein Transformator ist ein elektrisches Gerät, das verwendet wird, um elektrische Energie von einem Stromkreis zu einem anderen zu übertragen. Darüber hinaus hält es den Leistungsfaktor bei Eins und stellt sicher, dass die Spannungspegel in beiden Schaltkreisen unverändert bleiben.

2. Arten von Transformatoren:

Die Arten von Transformatorklassifizierungen sind wie folgt:

(Transformatordiagramme)

Bauweise

  1. Kerntransformator – Die Kernkomponenten können aus laminierten Stahlblechen, Siliziumstahlblechen oder Eisenlegierungen wie Siliziumstahl bestehen. Hat auch zylindrische Drahtspulen als Wicklungen mit Niederspannungswicklungen, die näher am Kern platziert sind.
  2. Schalentransformator – ist ein Transformator, bei dem der gesamte Kern, die Spule und die Isolierung in einem Aluminium- oder Stahlgehäuse untergebracht sind. Nimmt meistens die rechteckige Form an.

Basierend auf der Art der Lieferung

  1. Einphasentransformator – Dieser Typ ist ein Einzelwicklungsgerät, bei dem eine Spule mit der Primärseite und eine andere mit der Sekundärseite eines Transformators verbunden ist.
  2. Dreiphasentransformator – Besteht aus drei Spulen, die an jeder Kernseite angebracht sind. Außerdem ist jede Spulenverbindung so, dass sie zueinander senkrechte Magnetfelder erzeugt.
  3. Spartransformator – Dieser Typ verwendet zwei Wicklungen auf beiden Seiten für die Aufwärts- und Abwärtstransformation der Spannung.

(Öltransformator)

Basierend auf dem Kühltyp

  1. Ölgefüllte Transformatoren - Sie leiten die durch den elektrischen Strom erzeugte Wärme durch das Medium Öl ab.
  2. Luftkerntransformator - einer, in dem die durch den elektrischen Strom erzeugte Wärme durch die Luft abgeführt wird.

Basierend auf ihrer Verwendung

  1. Stromwandler – Wird verwendet, um sehr hohe Ströme in der elektrischen Energieübertragung zu messen.
  2. Potentialtransformator - Misst sehr hohe Wechselspannungen.

Basierend auf dem Zweck

  1. Aufwärtstransformator - bietet die Funktion, den Spannungspegel von niedrig auf hoch zu ändern
  2. Abwärtstransformator - bietet die Funktion, den Spannungspegel von hoch nach niedrig zu ändern

(Hochspannungstransformator)

3. Anwendungen von Transformatoren

Transformers-Anwendungen sind in:

4. Grundstrukturen eines Transformators

(Transformatorstrukturen)

Die Strukturen eines einfachen Transformators umfassen:

Grundlegender Transformatoraufbau :

Ein Transformator besteht aus zwei oder mehr Spulen (Wicklungen), die um einen laminierten Stahlkern gewickelt sind. Die Eingangswicklungen (Primärwicklung) sind mit einem Anschluss der Stromquelle verbunden. Und die Ausgangswicklungen (Sekundärwicklung) sind über den Lastkreis verbunden.

(Handarbeit an Bauteilen)

Im Folgenden sind die grundlegenden Schritte beim Bau eines Transformators aufgeführt:

5. Funktionsprinzip eines Transformators

Das grundlegende Prinzip der Funktionsweise von Transformatoren ist das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion:N*dΦ/dt (Faradaysches Gesetz), wobei N die Anzahl der Spulenwindungen ist.

(Faradaysches Gesetz)

Das Gesetz besagt, dass in einem geschlossenen Stromkreis ein elektrischer Fluss induziert wird, wenn sich der damit verbundene magnetische Fluss ändert. Dieses Phänomen ergibt sich aufgrund der gegenseitigen Induktivität von Strömen, die durch diese beiden Schaltungen vorhanden sind. Hier ist die Erklärung:

Wenn ein elektrischer Strom durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er ein Magnetfeld um diese Wicklung. Erzeugt daher einen magnetischen Fluss um die Primärspule auch. Dann bietet der Transformatorkern einen Weg für diesen Fluss, um die Wicklungen zu verbinden. Allerdings verbindet sich nicht der gesamte Fluss mit der Sekundärwicklung und wird daher als Streufluss bezeichnet. Danach tritt eine Spannungsinduktion an der Sekundärspule auf. Dies liegt an der gegenseitigen Induktion zwischen Spulen, die auf einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sind, durch Kopplung im Magnetkern.

Dieser Prozess erzeugt eine induzierte EMK, da er versucht, dem Stromfluss durch ihn entgegenzuwirken und umgekehrt. Die induzierte Spannung in der Sekundärspule wirkt als Last für die Primärwicklung.

Hinweis:Ein Transformator ist ein statisches Gerät; Daher treten die sich ändernden Spannungspegel aufgrund der magnetischen Induktion auf, nicht durch die Bewegung seiner festen Materialien.

Sehen wir uns nun wichtige Begriffe an beim Umgang mit Transformatoren.

(Kupferwicklungen)

Windungsverhältnis in Transformatoren

Das Verhältnis der Windungszahl in der Primärwicklung zu der in der Sekundärwicklung Spule. Diese Zahl gibt an, wie oft sich der Spannungspegel im Primärkreis verringert, nachdem er durch den Transformator heruntertransformiert wurde.

Seine Darstellung ist X/Y. „X“ bezeichnet die Anzahl der Windungen in der Primärspule (Np) und „Y“ bezeichnet die Anzahl der Windungen in der Sekundärspule (Ns). Vorausgesetzt, es handelt sich um einen idealen Transformator.

Formel; Np/Ns=n=Windungsverhältnis

Wenn zum Beispiel die Primärspule 100 Windungen und die Sekundärspule 50 Windungen hat, wird dieses Verhältnis als 100/50 ausgedrückt.

Dies bedeutet, dass ein Transformator mit einem Aufwärtsverhältnis auf seiner Sekundärseite weniger Windungen hat als auf seiner Primärseite. Das Gegenteil gilt jedoch für einen Transformator mit einem Untersetzungsverhältnis.

(Transformatorwicklungen)

Wandlerverhältnis

Das Verhältnis von Sekundärspannung zu Primärspannung ist das Übersetzungsverhältnis. Das Spannungstransformationsverhältnis wird in Volt/Volt oder Ampere/Ampere ausgedrückt und hängt von der Art des Lastwiderstands ab, der mit der Sekundärspule verbunden ist.

Die Berechnungsformel;

Transformatorverhältnis =(V/V oder V/A sekundärer Lastwiderstand)/(V primär oder A primär)

Zum Beispiel; Die Spannung an einer Sekundärwicklung beträgt 100 Volt und der durch sie fließende Strom beträgt 20 Ampere. Dann beträgt das Transformatorverhältnis dieser bestimmten Schaltung 100/20.

Hinweis:Der maximale Strompegel oder die maximale Spannung über einem Sekundärwicklung in einem Transformator bezieht sich auf den Nennstrom oder die Nennspannung. Diese Bewertung des Sekundärkreises bestimmt seine maximale Arbeitskapazität. Und bestimmt, ob es für Hochspannungs- oder Niederstromanwendungen geeignet ist.

(Der Transformator und elektrische Komponenten)

Transformatoreffizienz

Dies ist das Verhältnis der Arbeit, die ein Transformator an verrichtet Eingangsleistung zu der in der Sekundärwicklung erzeugten.

Der Ausdruck erfolgt in Prozent.

Die Formel lautet:

Effizienz =(Ausgangsleistung/Eingangsleistung) x 100

Stellen Sie sich beispielsweise vor, dass die Eingangsleistung eines Transformators 100 Watt beträgt und die Sekundärwicklung 80 Watt erzeugt. Dann beträgt der Transformatorwirkungsgrad dieser bestimmten Schaltung 80 %.

Das bedeutet, dass beim Stromfluss von der Primär-Sekundär-Seite des Transformators 20 % Energie verloren gehen.

Beachten Sie, dass sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsleistung des Transformators gleich sein müssen, damit dieses Verhältnis gültig bleibt. Das heißt, Primär- und Sekundärstrom müssen den gleichen Wert haben.

Wenn der Eingangsstrom größer als der Ausgangsstrom ist, beträgt der Wirkungsgrad des Transformators weniger als 100 % und umgekehrt.

(emf)

Elektromotorische Kraftgleichung eines Transformators

Die elektromotorische Kraft (EMK) ist einfach das Verhältnis der Eingangsspannung zur Ausgangsspannung in einem Transformator.

Sein Ausdruck erfolgt in Volt/Volt oder Ampere/Ampere.

Betrachten Sie zum Beispiel die Eingangsspannung des Transformators als 100 Volt und die Ausgangsspannung beträgt 95 Volt. Dann beträgt die Gegen-EMK dieser bestimmten Schaltung 95/100 oder das 0,95-fache der Eingangsspannung.

Dies bedeutet, dass beim Stromfluss von der Primär- zur Sekundärseite des Transformators ein Energieverlust von 0,05 Volt entsteht.

Die Formel zum Ermitteln der EMK über einer Sekundärspule eines Transformators lautet:

E=N*Delta/Umdrehungen^n

Wo,

E:Elektromotorische Kraft in Volt.

N:Windungszahl der Primärwicklung.

Delta/Turns^n:Windungsverhältnis von Primär- und Sekundärspule.

Sie können die obige Gleichung als E=N*Turns^(n-x)

schreiben

Wobei „n“ die Anzahl der Windungen in der Sekundärspule bezeichnet und „x“ gleich (N-n) ist.

Diese Gleichung zeigt, dass die EMK über einer Sekundärwicklung direkt proportional zu Primärwindungen und umgekehrt proportional zu (N-n) ist.

(Spannungswandler)

Elektrische Leistung in einem Transformator

Die Berechnung der elektrischen Leistung in einem Transformator ist einfach mit der Formel:Leistung =Spannung x Strom.

Wobei „Leistung“ die Eingangsleistung bezeichnet und „Spannung“ und „Strom“ Eingangsspannung und -strom bezeichnen.

Zum Beispiel:Betrachten Sie die Nennleistung des Transformators als 100 Watt und die Spannung an seiner Primärwicklung beträgt 400 Volt. Dann beträgt der durchfließende Strom 0,25 Ampere als Leistung =Spannung x Strom.

Wie Sie hier sehen können, ist die Stromaufnahme eines Transformators im Vergleich zu seiner Nennleistung sehr gering.

6. Zusammenfassung

Wir haben in diesem Blogbeitrag Informationen darüber gegeben, was Transformatoren tun und wie sie funktionieren. Wenn Sie mehr über Ihr transformatorbezogenes Projekt erfahren möchten, kontaktieren Sie uns! Unser Team steht Ihnen jederzeit gerne für Fragen zur Verfügung.


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