|
|
|
Transformatorer
En transformator består av två eller flera spolar som påverkar varandra. De olika spolarna kallas i transformatorer för lindningar, och är lindade runt en stor gemensam järnkärna. När en växelström flyter genom en av lindningarna så uppstår ett kraftigt magnetfält som växlar hela tiden. Magnetfältets växlingar påverkar kraftigt de andra lindningarna som finns runt samma järnkärna. Det uppstår en spänning där också, och om vi ansluter något till dessa andra lindningar så flyter en ström genom dem som kan användas till att driva olika saker. Den lindning som vi ansluter till en växelströmskälla, till exempel vägguttaget, kallas primärlindning och de andra sekundärlindningar. Många transformatorer har en primärlindning och en sekundärlindning, men en del har flera sekundärlindningar.
Syftet med transformatorer är att omvandla spänningen (och därmed även strömmen) till andra värden som behövs, t.ex. vägguttagets 230 volt omvandlas till 12 volt för att driva en apparat som är konstruerad för 12 volt. Omvandlingen sker genom att lindningarna har olika många varv. Om sekundärlindningen har hälften så många varv som primärlindningen blir spänningen halverad, en sekundärlindning med en tiondel så många varv som primärlindningen ger en tiondel så hög utspänning som inspänning.
|
| Spänningen i en transformator ändras lika mycket som antalet varv i lindningarna ändras. Färre varv på sekundärlindningen ger lägre spänning ut, men möjlighet att ta ut högre ström. Antalet varv per volt (eller antalet volt per varv) är lika stort i alla lindningarna i en viss transformator.
|
Exempel:
En transformator har 1500 varv på primärlindningen och två sekundärlindningar, en på 78 varv och en på 39 varv. 78 varv är 5.2% av 1500 varv (78 delat med 1500 är lika med 0.052 eller 5.2%). Den sekundärlindningen ger 5.2% av 230 volt, eller 0.052 gånger 230, vilket är lika med 11.96 volt, eller strax under 12 volt. Den andra sekundärlindningens 39 varv är 2.6% av 1500 varv (39 delat med 1500 är lika med 0.026 eller 2.6%). Denna andra sekundärlindning ger 2.6% av 230 volt, eller 0.026 gånger 230, vilket är lika med 5.98 volt, eller strax under 6 volt.
Man kan också räkna på ett annat sätt, via spänningen per varv i lindningarna. I alla lindningar i en transformator blir spänningen lika stor per varv. Om man ansluter en primärlindning på 1500 varv till vägguttagets 230 volt, så blir spänningen drygt 153.33 millivolt per varv (230 delat med 1500 är lika med 0.1533333 volt per varv, eller drygt 153.33 millivolt per varv). Sekundärlindningen på 78 varv ger då 11.96 volt, eller knappt 12 volt (0.1533333 gånger 78 är lika med 11.959997, vilket avrundat blir 11.96). Den andra sekundärlindningen ger 0.1533333 gånger 39, vilket är lika med 5.9799987 volt, vilket avrundat blir 5.98 volt eller strax under 6 volt. Ibland anger man samma sak på ett annat sätt: antalet varv per volt. Samma exempel ger då drygt 6.5 varv per volt (1500 delat med 230 är lika med 6.5217391 varv per volt). Oavsett om man använder varv per volt eller volt per varv så är det värdet likadant överallt i alla lindningarna i hela den transformatorn. Är det 6.5217391 varv per volt i primärlindningen så är det det i sekundärlindningen också.
Med strömmen blir det tvärt om: om spänningen transformeras ner, kan man ta ut högre ström. Hela tiden behöver lindningen vara lindad av en ledning med tillräcklig dimension, vill man ta ut höga strömmar behövs ledningar med större diameter. Det blir också vissa förluster i transformatorer eftersom en del energi går förlorad i form av värme mm, så förhållandet mellan strömmen på primär- och sekundärsidan är inte lika direkt som för spänning. Bortsett från förlusterna är dock strömmens förhållande precis det motsatta jämfört med spänningens: Om sekundärlindningen har hälften så många varv som primärlindningen kan man ta ut dubbelt så hög ström på sekundärsidan (och spänningen är hälften så hög). Den effekt som man tillför transformatorn på primärsidan är lika hög som den som tas ut på sekundärsidan, bortsett från transformatorns förluster. Egentligen kommer det att behöva flyta något högre ström på primärsidan, på grund av förlusterna, och den elektriska effekten ut är något lägre än den elekriska effekten som tillförs.
Förlusterna är oftast ganska små i moderna transformatorer, vanligen inte mer än 10% eller ännu mindre. Det brukar uttryckas som en verkningsgrad på 90% eller mer. Järnkärnans storlek och form har stor betydelse, och även hur lindningarna lindats runt den: ofta ligger de under varandra med den lindning som har lägst spänning underst. Riktigt stora transformatorer, t.ex. i elnätet, har bättre verkningsgrad (uppåt 98 eller 99%) än de små som till exempel finns i apparater i hemmen.
|
| Schemasymboler för transformatorer: transformator med flera sekundärlindningar, förenklad transformatorsymbol, transformatorsymbol för enlinjeschema (elnät).
|
I små transformatorer är ledningen som lindningarna består av ofta isolerad av ett tunnt lager lack, som visserligen är skört men som gör att lindningen blir mindre skrymmande. Stora transformatorer i elnätet är ibland nedsänkta i ett speciellt oljebad som kyler lindningarna bättre. Eftersom verkningsgraden stiger vid högre frekvens förekommer ibland att frekvensen ökas för att ge transformatorn mindre dimensioner, detta förekommer bland annat i vissa tågvagnar. Eftersom en spoles reaktans sjunker vid lägre frekvens fungerar transformatorer inte alls vid likspänning: inget växlande magnetfällt uppstår (utom precis i ögonblicket man slår på strömmen) och ledningens i sammanhanget mycket låga resistans medför i praktiken en kortslutning på primärsidan.
I elnätet används transformatorer för att komma runt problemet med förluster i ledningarna. Resistansen i ledningarna är väldigt liten, men eftersom kraftledningar är så väldigt långa blir resistansen ändå ett problem. I anslutning till kraftverken transformeras därför spänningen upp kraftigt, till exempel till cirka 400000 volt (400 kilovolt) och överförs till olika städer vid den höga spänningen. Strömmen blir då i motsvarande grad mindre vilket minskar förlusterna i ledningarna. I närheten av förbrukarna transformeras sedan strömmen (i flera steg) tillbaka ner till nätspänningen i vägguttaget. Ett exempel på när man tvärt om vill ha mycket höga strömmar är när man vill utnyttja den extrema värme det kan ge. Därför transformeras spänningen ner kraftigt i elsvetsaggregat, så att mycket höga strömmar kan tas ut.
|
|
|
Frågor och svar
Specialsektioner
