Strömförsörjning. Transformatorns arbetssätt

Transkript

1 Strömförsörjning Transformatorns arbetssätt Transformatorn kan omvandla växelspänningar och växelströmmar. En fulltransformators in och utgångar är galvaniskt skilda från varandra. Att in- och utgångarna är galvaniskt skilda innebär att ingen elektrisk förbindelse finns mellan primär och sekundärlindningen. Praktiskt innebär det att ingen likspänning tar sig förbi transformatorn. 31

2 Transformatorn En transformator är uppbyggd av en järnkärna och ett antal spolar. Spolarna som är lindade med koppartråd kallas också för lindningar. Arean på koppartråden anpassas efter den ström som skall passera genom transformatorns lindningar. Kortslutning mellan varven förhindras genom att lackad tråd används. Ett vanligt användningsområde är att transformera ner 230V, spänningen i våra vägguttag, till en lägre spänning anpassad till hemelektronik. Exempel på sådan elektronik är TV, bandspelare och radio. Utförandet på en transformator kan variera. Runda, fyrkantiga osv. Primär Den spole som 230V är ansluten till kallas Primärsida på transformatorn. Sekundär Den andra spolen, eller spolarna, kallas sekundärsida. Några vanliga sekundärspänningar är 24V, 12V, 9V, 6V. I en transformator har primärsida och sekundärsida en gemensam kärna av järn. Induktion Då en växelspänning, som ju hela tiden ändrar polaritet, läggs på primärsidan, uppstår ett varierande magnetfält i järnkärnan. Detta magnetfält orsakar i sin tur en varierande växelspänning på sekundärsidan. Fenomenet kallas induktion. Förutsättning för induktion är variationer i spänningen. Därför kan likspänning ej transformeras. Omsättning Förhållandet mellan transformatorns inspänning och utspänning bestäms av spolarnas antal varv. 32

3 Exempel: Man vill transformera ner 230V till 15V. Primärsidan lindas med 2300 varv. (0,1V per varv) För att få ut 15V måste sekundärsidan lindas med 150 varv. Typer och användnings-områden Fulltransformatorn Den mest förekommande typen är fulltransformatorn. I fulltransformatorn är Primäroch Sekundärlindningarna galvaniskt åtskilda. Spartransformatorn En annan typ heter spartransformator. Spartransformatorn har bara en lindning. Den är därför mindre och billigare. Olika spänningar kan tas ut genom att flera uttag görs på denna enda lindning. Eftersom bara en lindning används är det inte möjligt att på en spartransformator få galvaniskt åtskilda lindningar. Likspänning kan alltså passera. Vridtransformatorn En tredje variant är vridtransformatorn. Med den kan man variera utspänningen. Skyddstransformatorn Den sista av dom vanligaste sorterna heter skyddstransformator. Den är av fulltransformatortyp och har en sekundärspänning på högst 50V. 33

4 Transformator med eller utan belastning När transformatorn arbetar, dvs när en belastning är kopplad till sekundärsidan, uppstår ett spänningsfall i lindningen på sekundärspolen pga motståndet i lindningen. Detta gör att utspänningen sjunker. Märkspänning Märkspänningen är den spänning transformatorn har vid den belastning den maximalt är avsedd att tåla. Den obelastade transfomatorns spänning i tomgång, tomgångsspänningen, är alltså högre än märkspänningen En transformator kan vara märkt 15V 15VA. Utspänningen är då 15V vid ett effektuttag på 15VA. Det motsvarar 1 A vid 15V. Märkeffekten Märkeffekten är angiven i skenbar effekt. 15VA motsvarar 15W om belastningen är resistiv. Tex ett motstånd eller en lampa. En icke resistiv last är en komponent som innehåller en spole eller kondensator och som orsakar en fasförskjutning, till exempel en motor. Verkningsgrad Om man matar in en viss effekt i en transformator får man inte ut lika stor effekt ur transformatorn. Denna förlust orsakas av värmeförluster i lindningarna och så kallade järnförluster i kärnan. Exempel : En transformator matas med 230V 0,1A. Det blir enligt effektformeln P=U*I P= 230*0,1 P= 23VA. (Egentligen skenbara effekten S) Transformatorn har en sekundärlindning på 24V. Man borde då kunna ta ut 23VA /24V = 0,96A Detta skull ge en verkningsgrad på 100%. 34

5 Det är en ideal bild av en transformator. Men tyvärr överensstämmer det ej med verkligheten. Värmeförluster i lindningarna och järnförluster i kärnan gör att verkningsgraden sjunker. Om transformatorn i verkligheten har en verkningsgrad på 80% ger detta 0,8 * 23 = 18,4 VA Formel η = verkningsgrad η = Put/Pin Vilket ger 18,4VA /24V = 0,77 A utström. Symboler Mätövning Mät din egen transformators tomgångsspänning med universalinstrument och jämför med vad som står stämplat på transformatorn. Tomgångsspänning = V 35

6 Beräkna vilken belastning (motstånd) som bestämmer maximala strömuttaget med hjälp av vad som står stämplat på transformatorn. Beräknat motstånd = Ohm Belasta (inte maximalt) med 47 ohm och mät den belastade spänningen. Tänk på värmeutvecklingen. Belastad spänning = V Mät med oscilloskop och rita kurvan. 36