Transformer teori: Del 1 – Grundlæggende teori

En af de helt store fordele ved anvendelse af AC spænding, er at spændingen nemt kan reguleres op og ned i ved hjælp af transformerer. Men hvad er en transformer, og hvordan virker den? Jeg vil over et række indlæg forklare, hvad en transformer er, samt hvordan man beregner på den.

Transformerens opbygning

En transformer er opbygget af en jernkerne, hvorpå viklingerne til transformeren er viklet omkring. Det er normaltvis to sæt viklinger – nemlig primær og sekundær viklingerne. Antallet af viklingerne i hver sæt anhænger, forskellige faktor som faser mm. Antallet af viklinger omkring jernkernen definere omsætningsforholdet. Omsætningsforholdet er det tal, der forklarer forskellen mellem strøm og spænding på primær- og sekundærsiden af transformeren.

I den type transformer, der anvendes de fleste steder, er primære- og sekundære viklinger adskilt, forstået på den måde, at de ikke har elektrisk forbindelse med hinanden. I elfagsprog betyder det, at det er galvanisk adskilt.

Transformeren virkemåde

En transformer anvendes normalvis til ændre spændingsniveauet . Eksempelvis transformerstationerne rundt i landet converter spændingen fra et spændingsniveau til et andet. De ligger ofte rundt omkring i små huse, og reducerer spændingen fra 10-15kV til 400V nettet, vi anvender hus- og industriinstallationer. Transformerne findes i en mange størrelser og spændinger. En transformer kan ligeledes anvendes i maskintavler, til at galvanisk adskille styrespændingen fra effektkredsen.

Selve energi overføres fra primærsiden til sekundærsiden ved at energien omdannes til magnetisk energi, hvorefter det igen omdannes til elektrisk energi.

Der er på både primærsiden og sekundærsiden af transformeren viklet en tråd. Antallet af viklingerne varierer alt efter transformeren opbygning og formål. Forskellen på antallet af viklingen kaldes omsætningsforholdet og har symbolet ’n’.

Ud fra overstående formel, kan omsætningsforholdet af transformeren beregnes. Omsætningsforholdet anvendes til at beregne spænding og strøm på henholdsvis primær- og sekundærsiden.

Bemærk, at strømmen er omvendt i overstående formel. Dette skyldtes at strømmen stiger, hvis spændingen falder. Stiger spændingen, vil strømmen derimod falde. Forklaring skal findes i Ohms lov, og at vi har den samme effekt på begge sider af transformeren.

Har du en transformer med en omsætnings på 25, og du påtrykker en spænding på 10.000V på primærsiden, vil du få en spænding på sekundærsiden der er:

Hvordan virker transformeren?

Som nævnt tidligere, er primær- og sekundærviklingen adskilt fra hinanden, så de ingen elektrisk forbindelse har. Så hvordan overføres energien fra den ene vikling til den anden?

Vinklingerne i transformeren er egentlig en stor spole, og påtrykker du spolen vekselspændingen, vil der omkring spolen dannes en magnetisk felt. Da metal er magnetisk, vil den store jernkerne forstærke det magnetiske felt, og transportere det over til sekundærviklingen. Her vil den modsatte effekt opstå, hvor den magnetiske felt vil inducere en spænding.

Hver vikling omkring jernkernen svarer til en spænding. Denne spændingen er ens på primær- og sekundærsiden af transformeren.

Hvis vi tager et nemt eksempel, og du har 24 viklinger på primærsiden, og påtrykker den 24V. Så svarer hver vikling til 1V. Har du så på sekundærsiden 12 viklinger, vil du derfor have en spænding på 12V på sekundærsiden.

En transformer er opgivet med en maksimalt belastning opgivet i VA (Volt Ampere), der er den tilsydenladende effekt, altså den samlede effekt af reaktiveeffekten (Q) og virkeeffekten (P).

Effekten er den samme på begge side, altså optager du en effekt på 2 kVA på primæresiden, så er dit forbrug også 2 kVA på sekundærsiden af transformeren (Hvis vi ser bort fra tab).