Ein Transformator ist ein statisches elektromagnetisches Gerät, das eine Wechselspannung durch Erhöhen oder Verringern umwandelt (umwandelt). Es kann auch verwendet werden, um die Anzahl der Phasen und seltener die Frequenz des Wechselstroms zu ändern.
Elektrische Energie wird normalerweise über große Entfernungen mit einer Spannung übertragen, die um ein Vielfaches höher ist als der von Haushaltsverbrauchern verwendete Spannungspegel. Der Einsatz von Transformatoren verbessert die Qualität des Übertragungsprozesses elektrischer Energie und reduziert die in den Netzen auftretenden Verluste.
Gerät und Funktionsprinzip
Ein Transformator besteht strukturell aus zwei (oder mehr) Wicklungen und einem Kern, der auch als Magnetkreis bezeichnet wird. Die Spannung wird an das Gerät an der Primärwicklung angelegt und die bereits umgewandelte Spannung wird von der Sekundärwicklung entfernt. Die Wicklungen sind durch ein magnetisches Wechselfeld miteinander verbunden, das im Kern durch die der Primärwicklung zugeführte Spannung erzeugt wird.
Arten von Transformatoren
- Leistung;
- Messung;
- geringer Strom;
- Impuls;
- Spitzentransformatoren.
Verluste
Die Übertragung von Elektrizität von der Primär- zur Sekundärseite geht immer mit Verlusten einher.
Der Transformator enthält keine rotierenden Komponenten und daher keinen mechanischen Verlust. In der Einheit treten jedoch Verluste im Kupfer der Wicklungen aufgrund des Vorhandenseins in den Wicklungen eines elektrischen auf Widerstand sowie magnetische Verluste im Stahl des Kerns aufgrund der resultierenden Wirbelströme und Magnetisierungsumkehr.
Aus diesen Gründen wird nicht die gesamte Energie übertragen, sondern nur der größte Teil.
Effizienz und Möglichkeiten zur Steigerung
Wie jeder andere Energiewandler hat ein Transformator einen Leistungskoeffizienten (COP), der die Effizienz seines Betriebs kennzeichnet.
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Leistung, die die Nutzlast des Geräts zur Leistung des geladenen Transformators aus dem Netz bezieht. Der Wirkungsgrad kann auch als Verhältnis von effizient genutzter Energie zu vom System verbrauchter Energie ausgedrückt werden.
Da der Transformator ein passiver Energiewandler ist, ist sein Wirkungsgrad immer kleiner als eins (η <1). Dies bedeutet, dass der Stromverbrauch der an die Sekundärwicklung angeschlossenen Last immer geringer ist als der Stromverbrauch des geladenen Geräts aus dem System.
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz, die in erster Linie auf die Reduzierung von Verlusten abzielen. Um beispielsweise die Kupferverluste zu verringern, muss der Querschnitt der Wicklungsdrähte vergrößert werden. Eine Verringerung der Verluste für die Magnetisierungsumkehr kann erreicht werden, wenn weichmagnetischer Stahl mit einer bestimmten Zusammensetzung und Struktur für den Kern verwendet wird.
Um Wirbelstromverluste zu reduzieren, sollte der Magnetkern von getrennten, voneinander isolierten Stahlstangen gesammelt werden. Silizium kann auch als Additiv im Material des Magnetkreises verwendet werden.