Stel je een wereld voor zonder transformatoren: hoogspanningslijnen zouden boven buurten uittorenen, maar er niet in slagen om veilig elektriciteit aan huizen te leveren; fabrieksapparatuur zou constant defect raken door instabiele spanning; zelfs het opladen van een smartphone zou problematisch worden. Dit onopvallende elektrische apparaat is in feite de onmisbare ruggengraat van moderne energiesystemen. Dit artikel biedt een diepgaande verkenning van transformatoren, van fundamentele principes tot verschillende typen, en biedt een volledig begrip van deze cruciale technologie.

Een transformator is een elektrisch apparaat dat energie tussen circuits overbrengt door elektromagnetische inductie. In wezen functioneert het als een "spanningsomvormer" en kan het de spanning verhogen of verlagen terwijl de stroom ongeveer constant blijft, waardoor efficiënte transmissie en veilig gebruik van elektriciteit mogelijk worden. Transformatoren bestaan voornamelijk uit twee wikkelingen:

• Primaire Wikkeling: Wordt aangesloten op de wisselstroombron en ontvangt elektrische energie.
• Secundaire Wikkeling: Wordt aangesloten op de belasting en levert elektrische energie.

Door de verhouding van het aantal windingen tussen de primaire en secundaire wikkelingen te veranderen, kan de spanning worden verhoogd of verlaagd. Wanneer het aantal windingen van de secundaire wikkeling groter is dan het aantal windingen van de primaire wikkeling, neemt de spanning toe (opwaartse transformator); omgekeerd neemt de spanning af (neerwaartse transformator).

De werking van een transformator is gebaseerd op de wet van Faraday, die stelt:

Wanneer de magnetische flux door een gesloten circuit verandert, wordt er een elektromotorische kracht (EMK) in het circuit geïnduceerd, met een grootte die evenredig is met de snelheid van de fluxverandering.

Wiskundig uitgedrukt als: E = N dΦ/dt waarbij:

• E = Geïnduceerde elektromotorische kracht
• N = Aantal windingen
• dΦ = Verandering in magnetische flux
• dt = Verandering in tijd

In het bijzonder, wanneer wisselstroom door de primaire wikkeling stroomt, genereert deze een wisselend magnetisch veld. Dit veld dringt door in de secundaire wikkeling en induceert EMK volgens de wet van Faraday, waardoor er geïnduceerde stroom ontstaat en energieoverdracht mogelijk wordt.

Transformatoren zijn er in tal van varianten, classificeerbaar op basis van meerdere criteria. Hieronder bekijken we verschillende typen aan de hand van verschillende classificatiedimensies, waaronder spanningsniveau, kernmateriaal, toepassing, faseconfiguratie en installatieomgeving.

Spanningsgebaseerde classificatie levert drie primaire typen op:

• Opwaartse Transformator: Zet lage spanning om in hoge spanning, voornamelijk voor langeafstandstransmissie om lijnverliezen te verminderen.
• Neerwaartse Transformator: Zet hoge spanning om in lage spanning, voornamelijk voor distributiesystemen en diverse elektrische apparatuur om aan verschillende spanningsvereisten te voldoen.
• Isolatietransformator: Handhaaft gelijke primaire en secundaire spanningen, voornamelijk voor circuitisolatie om apparatuur en personeel te beschermen en tegelijkertijd ruis te onderdrukken.

1.3 Isolatietransformatoren

2. Op Kernmateriaal

Kerntype

Fluxpad