Växelströmstranformatorn
Roterande spolar i magnetfält
Det här avsnittet ska även handla om hur en spole roterar i ett magnetiskt fält. Det är viktigt för att förstå hur elektriska motorer och generatorer fungerar.
Här behövs mer info som kommer 2015. Se filmen så länge.
Vad är en transformator?
Att transformera någonting betyder ju att förändra eller omforma. Det som ändras i transformatorn är spänning och ström. Det beror på antalet varv på primärsidan och sekundärsidan. Transformatorn ha nämligen två sidor, en där man skickar in ström och en där det kommer ut ström (sekundaärsidan).
Det hela funkar så att den ström (växelström ska det vara) som man skickar in i den första spolen genererar ett magnetfält. Detta magnetfält överförs av järnkärnan till spolen på sekundärsidan. Där ger fältet upphov till en ström på sekundärsidan. Sen är det så att om det är olika antal varv på spolarna så blir det olika mycket gnererad ström på sekundärsidan. Hur det förhåller sig får du veta längre ner på sidan.
Eftersom spänningen över en spole beror på fältet transformeras även spänningen fast omvänt. Spänningen minskar när strömmen ökar och vice versa.
Interaktiv - Växelströmstranformatorn
Nedan ser du en demonstration av en transformator. kan du använda demoni till att räkna ut vilket samband som finns mellan inspänning och utspädning på transformatorn?
Om inte kan du läsa om det längre ner på sidan eller se filmen.
Förhållandet mellan in- och utspädning respektive ström
Den vanligaste typen av transformator kan anses bestå av tre delar; primärlindning, sekundärlindning och kärna. En växelström genom primärlindningen ger upphov till ett tidsvarierande magnetiskt fält i kärnan. Kärnan överför det magnetiska fältet till sekundärlindningen i vilken det induceras en spänning. Den enklaste transformatortypen består av en järnkärna och två metalltrådar som är lindade runt kärnan. Vissa konstruktioner har ett flertal lindningar på sekundärsidan.
En lindning i en transformator är en ledare som är lindad runt kärnan. Antalet lindningsvarv (N) på sekundär- respektive primärlindningen bestämmer förhållandet mellan transformatorns sekundär- och primärspänning:
- [math]\displaystyle{ \frac{U_s}{U_p}=\frac{N_s}{N_p} }[/math]
För strömmarna i respektive lindningar gäller det omvända förhållandet:
- [math]\displaystyle{ \frac{I_s}{I_p}=\frac{N_p}{N_s} }[/math]
Transformatorn innehåller även isolationsmaterial i form av till exempel papper och lack. Isolationsmaterialet omger lindningarna och skyddar mot elektriska överslag. För ytterligare skydd av lindningarna appliceras ofta ett tunt lager lack utanpå. I vissa transformatorer är lindningarna och kärnan nedsänkta i olja för att skydda ytterligare. I de fallen är hela transformatorn skyddad av en tank.
Exempel
En nättransformator med 1 000 varv i primärlindningen och 100 varv på sekundärlindningen där primärlindningen ansluts till ett vägguttag med 230 V (volt) växelspänning ger 23 V på sekundärlindningen. Om en ström på 100 mA (milliampere) tas ut på sekundärsidan belastas primärsidan med 10 mA (exemplet är förenklat och bortser bland annat från förluster.)
Wikipedia skriver om Transformator
Härledning av förhållandet spänning varv i trafon
Sedan tidigare vet vi att
- [math]\displaystyle{ e = N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} }[/math]
Här använder vi e för spänningen och inte U som ovan men det spelar mindre roll. Vi ser då två snarlika ekvationer för spänningarna på primär och sekundärsidan:
- [math]\displaystyle{ e_p = N_p \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} \ \ \ (1) }[/math]
- [math]\displaystyle{ e_s = N_s \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} \ \ \ (2) }[/math]
Dividera de två ekvationerna med varandra så får du:
- [math]\displaystyle{ \frac{e_p}{e_s} = \frac{N_p}{N_s } }[/math]