Transformator

En transformator har en primär sida där vi kör in en växelspänning V_P och en sekundär sida där vi plockar ut den växelspänning V_S vi önskar. Det enkla sambandet mellan primär spänning V_P och sekundär spänning V_S är att spänningen förändras med förhållandet mellan antal varv med koppartråd på den primära n_P och sekundära n_S.



Samtidigt finns ett samband mellan den primära strömåtgången I_P och den ström vi plockar ut I_S, sådant att V_P * I_P = V_S * I_S.

Om vi t.ex. har 1000 varv koppartråd på den primära lindningen och 500 varv på den sekundära, då kommer utspänningen att vara hälften av inspänningen. Säg att vi skickar in 24 volt AC, då får vi ut 12 volt.





Om vi driver något på sekundärsidan som belastar med 1A, så är strömåtgången på primära sidan 0.5A



Tricket är att möblera om i formlerna och fylla i de 3 variabler du känner till, så får du ut den fjärde.

Olika typer av transformatorer

Transformator med C-kärna (C-I -kärna)

En transformator med C -kärna brukar illustreras såhär, även kallad C-I då man får denna form om man sätter ihop ett C med ett I. Det är ganska tydligt och pedagogiskt och följer dessutom hur transformatorer ser ut i labblådan i skolan.

Transformator med med E-kärna (E-I -kärna)

Men det är oftare såhär den är konstruerad, även kallat E-I då man får denna form om man sätter ihop ett E med ett I. Det är ingen skillnad beräkningsmässigt på denna form.

Ringkärnetransformatorn - Toroidkärna

Skapelsens juvel när det kommer till transformatorer kallas ringkärnetransformator, dvs koppartråd lindad runt en toroidkärna. Även här räknar man på samma sätt. Ringkärnetransformatorns huvudsakliga fördelar är mindre magnetfält (vilket annars kan störa annan elektronik i en konstruktion) och en lägre temperatur vid typisk användning, en kompaktare storlek, mindre "mekaniskt brum" och högre effektivitet. Vi får nästan en ideal transformator. Ringkärnetransformatorn är dock lite mer avancerad att linda, dvs kräver mer manuellt arbete vid tillverkning, vilket gör att denna transformator är dyrare än andra.





Studera en transformator i elkrets -simulatorn. Dubbelklicka på transformatorn och ändra förhållandet mellan sekundär och primär kopparlindning, så får du ut olika växel-spänningar.

Överföring av elektricitet långa sträckor

En situation där transformatorer spelar en kritisk roll i vårt samhälle är när vi vill överföra elektricitet långa sträckor. Genom att transformera upp spänningen till en mycket hög nivå, dvs vi får en hög spänning men samtidigt en väldigt liten ström (I), så minskar förlusterna i överföringen dramatiskt. Detta beror på att effektförlusterna är kvadraten på strömstyrkan. Dvs, det spelar stor roll om strömmen är hög eller låg för effektförlusterna. Titta på formeln för effektförlusterna,

P = RI²

vilket enkelt härleds ur ohms lag U = RI, tillsammans med effektformeln P = UI. Dvs, känner man till resistansen i överföringskabeln samt strömmen, så blir effektförlusten P = RI²



Så genom att transformera upp spänningen - vilket innebär att vi transformerar ner strömstyrkan - så kan vi minimera förlusterna rejält.

Studera ovan koppling i en elkrets simulator.



Där elektriciteten sedan skall användas, så transformeras spänningen ner till den nätspänning vi använder, dvs 220 volt AC och 380 volt AC trefas.