Elektrische Transformatoren

Elektrische Transformatorensind induktiv gekoppelte elektromagnetische Geräte, die elektrische Energie von einem Stromkreis zum anderen übertragen. Alle elektronisch betriebenen Geräte sind auf Leistungstransformatoren angewiesen, um elektrischen Strom in anwendungsgerechte Spannungen umzuwandeln. Stromtransformatoren werden auch benötigt, um Energie zu speichern und durch Stromleitungen und -netze zu transportieren.

Da es so viele Kontexte gibt, in denen elektronische Transformation notwendig ist, gibt es eine große Vielfalt an elektrischen Transformatoren, um diese Anforderungen zu erfüllen. Spartransformatoren, Aufwärts- und Abwärtstransformatoren (die zu finden sind)HierUndHierbzw.), Ringkerntransformatoren, Zickzack-Transformatoren und Impulstransformatoren sind nur einige Beispiele. Durch die Übertragung elektrischer Energie durch zwei Spulenstufen können Transformatoren elektrische Ströme erhöhen, verringern, isolieren, umwandeln und strukturieren, um elektronische Geräte aller Spannungsanforderungen sicher mit Strom zu versorgen. Hersteller von elektrischen Transformatoren konfigurieren Transformatoren unterschiedlich, um allen Arten von Anwendungen zur elektrischen Umwandlung gerecht zu werden. Die Größe reicht von daumengroßen Transformatoren in elektrischen Lampen oder Mikrofonen bis hin zu riesigen stationären Transformatoren in Kraftwerken. Niederspannungstransformatoren wandeln elektrischen Strom in Spannungen um, die für Geräte wie Dimmer und andere kleine elektronische Geräte geeignet sind, während Hochspannungstransformatoren zur Übertragung von Elektrizität zwischen Stromerzeugungsanlagen und ihren Verbrauchsstellen verwendet werden. Die meisten Transformatoren sind Trenntransformatoren, da sie die Übertragung von Elektrizität durch Induktion ermöglichen, und viele Transformatoren sind Drehstromtransformatoren, die Elektrizität in drei Phasen umwandeln können.

Elektrische Transformatoren dienen nicht nur der Umwandlung von Strom in eine höhere oder niedrigere Spannung, sondern auch der Isolierung von Stromkreisen. Spartransformatoren hingegen haben keine Isolierung zwischen Quelle und Lastkreis; sie übertragen den Strom über Leiter, die miteinander in Kontakt stehen. Eine Liste der Hersteller dieser Transformatoren finden Sie aufIQS-Verzeichnis.

Ein elektrischer Transformator kann so groß sein wie die eingezäunten Transformatoren für ganze Anlagen oder klein genug, um in Haushaltsgeräten wie Leuchten untergebracht zu werden. Elektrische Transformatoren sind notwendig, wenn zwischen einem elektronischen Bauteil oder Gerät und der Stromversorgung ein Spannungsunterschied besteht. In solchen Situationen ist die Sicherheit von größter Bedeutung, da die Verwendung einer zu hohen oder zu niedrigen Spannung zum Betrieb eines Geräts ernsthafte Probleme verursachen kann. Zu hohe Spannung kann zum Ausfall oder zur Zerstörung des Geräts führen; in schweren Fällen kann Überspannung Brände verursachen und Benutzer starken Stromschlägen aussetzen. Bei Unterspannung kann auch ein Spannungsmangel zum Geräteausfall führen.

Messwandler, einschließlich Stromwandler, messen und überwachen die Netzspannung präzise, ​​während sie proportional durch die Primär- und Sekundärspulen übertragen wird. Abwärtstransformatoren wandeln höhere Spannungen in niedrigere Spannungen um, indem sie weniger Sekundärwicklungen haben, während Aufwärtstransformatoren aufgrund ihrer höheren Anzahl an Sekundärwicklungen niedrigere Spannungen in höhere Ausgangsspannungen umwandeln können. Ringkerntransformatoren sind ringförmige Transformatoren, die sehr platzsparend sind und sich hervorragend zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen eignen. Induktivitäten begrenzen den Wechselstromfluss zu einem Gerät oder einer transienten Anwendung und unterdrücken hochfrequentes Rauschen, ähnlich wie Ringkerne. Trenntransformatoren entkoppeln zwei Stromkreise und ermöglichen so den Wechselstromfluss von einem Gerät zum anderen, ohne dass die beiden Stromkreise verbunden werden müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass Primär- und Sekundärspulen nicht direkt miteinander verbunden sind. Wechselrichter können Gleichspannung (DC) in Wechselspannung (AC) umwandeln, währendelektrische Impulstransformatorenerzeugen Spannungsspitzen, die in der Telekommunikation und in detaillierten Logikanwendungen wie Kamerablitzen, Radargeräten und Teilchenbeschleunigern verwendet werden. Darüber hinaus sind Zickzack-Transformatoren spezielle Dreiphasentransformatoren, die zur Erdung ungeerdeter elektrischer Systeme sowie zur Filterung und Kontrolle von Oberschwingungsströmen dienen. Eine Liste der Anbieter von Zickzack-Transformatoren finden Sie hierHier.

Elektrische Transformatoren bestehen aus zwei Spulensätzen oder Wicklungen, die durch ein Magnetfeld verbunden sind. Der Kern besteht aus Eisen, einer Ferritverbindung oder einem laminierten Kern, der mit blanken Kupfer- oder Emaillespulen umwickelt ist. Die Spulen sind Primär- und Sekundärspulen und fungieren als Leiter. Erhält die Primärspule Wechselspannung, erzeugt dies ein variierendes magnetisches Spannungsfeld um den Leiter; das Magnetfeld aktiviert die Sekundärspule. Dadurch verändern die Transformatoren die Spannung und übertragen elektrische Energie, idealerweise mit möglichst geringem Energieverlust. Die Anzahl der Wicklungen jeder Spule ist wichtig, da sie die Spannung bestimmt, die durch das Magnetfeld von der Primärspule zur Sekundärspule übertragen wird. Das Verhältnis der Windungen (auch Wicklungen genannt) in der Primärspule zur Anzahl der Windungen in der Sekundärspule bestimmt die Höhe der Spannung; beispielsweise hat ein Abwärtstransformator weniger Windungen in der Sekundärspule als in der Primärspule, während ein Aufwärtstransformator mehr Sekundärwicklungen als in der Primärspule hat. Nach der Spannungsumwandlung wird die Energie zum Lastzentrum übertragen, und der elektrische Prozess wird von dort aus fortgesetzt. Sowohl die Größe als auch die Kosten elektrischer Transformatoren steigen proportional zur Anzahl der Primärwicklungen.

Zweck von Transformatoren

Transformatoren sind Regler. Sie stellen sicher, dass für einen bestimmten Zweck ausreichend, aber nicht zu viel Spannung bereitgestellt wird. Eine zu hohe Spannung an einem elektronischen Gerät kann das Gerät zerstören, einen Brand verursachen und sogar elektrische Funken in Form von Lichtbögen erzeugen. Eine zu niedrige Spannung kann zu Fehlfunktionen führen. Aus diesen Gründen ist es wichtig, den Spannungspegel zu regulieren, bevor er an das Gerät übertragen wird, das den Strom nutzen soll.

Leistungstransformatoren werden in jedem elektronisch betriebenen Gerät oder jeder Ausrüstung verwendet. Sie sind notwendig, um den Strom in die richtige Spannung umzuwandeln, damit der Strom vom Gerät genutzt werden kann. Ob Computer, Haarschneidemaschine oder ferngesteuertes Auto – in jedem Gerät befindet sich ein Transformator, der die Art und Menge des Stroms regelt, der dorthin übertragen wird, wo er verwendet wird. Verwenden SieIQS-Verzeichnisum die Stromumwandlungsausrüstung zu finden, die Sie benötigen.

Geschichte der elektrischen Transformatoren

In den 1830er Jahren entdeckten Michael Faraday und Joseph Henry bei ihrer Arbeit mit Elektromagneten die Eigenschaft der Induktion. Erstaunlicherweise lebten die beiden Männer auf zwei verschiedenen Kontinenten, arbeiteten völlig unabhängig voneinander und machten ihre Entdeckungen innerhalb eines Jahres.

Das Faradaysche Gesetz, das etwa 45 Jahre später zur Erfindung des ersten Transformators führte, entstand, als Michael Faraday ein Experiment durchführte, um zu zeigen, wie ein elektromagnetisches Feld Strom erzeugen kann. Er wickelte zwei Spulen um die gegenüberliegenden Seiten eines Rings. Eine Seite verband er mit einem Galvanometer, die andere mit einer Batterie. Er stellte fest, dass die mit dem Galvanometer verbundene Spule, wenn er eine Spule an die Batterie anschloss, mit Strom versorgt wurde – genau wie er vermutet hatte.

Als Faraday jedoch die Spule von der Batterie löste, bemerkte er, dass weiterhin Strom von der Spule zum Galvanometer floss. Das bedeutete, dass die Batterie die Spule weiterhin mit Strom versorgte, obwohl sie nicht mehr physisch mit der Spule oder dem Ring, um den die Spule gewickelt war, verbunden war. Dieser wissenschaftliche Durchbruch legte den Grundstein für die Erfindung des ersten Transformators durch Ottó Bláthy, Miksa Déri und Károly Zipernowsky aus der inzwischen aufgelösten österreichisch-ungarischen Monarchie. Ihr Transformator hatte die Form eines Ringkerns und wurde für wechselstrombetriebene Glühlampen verwendet.

Obwohl der erste Transformator Mitte der 1870er Jahre in Budapest, Ungarn, hergestellt wurde, dauerte es noch ein weiteres Jahrzehnt, bis die ersten für den alltäglichen Gebrauch geeigneten Transformatoren eingeführt wurden. Diese wurden von William Stanley und George Westinghouse entwickelt. 1886 war es der von William Stanley entwickelte Transformator, der als erster kommerziell genutzter Transformator Great Barrington, Massachusetts, mit Strom versorgte. Heute sind Transformatoren Bestandteil aller elektronischen Schaltungen. Sie befinden sich an Strommasten, in Lampen und sogar in Taschenlampen.

Wie funktionieren Transformatoren?

Transformatoren basieren auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Dazu ist ein elektromagnetisches Feld erforderlich. Eine um einen Kern gewickelte Spule wird mit Wechselstrom aufgeladen, der in eine Primärspannung umgewandelt wird. Die Energie in der Spule durchdringt dann ein elektromagnetisches Feld, auch magnetomotorische Kraft genannt, das durch den Kern zu einer anderen Spule gelangt und dieser eine Sekundärspannung verleiht.

Die Eingangsspannung wird durch die Stromquelle selbst bestimmt. Die vom Transformator abgegebene Spannung wird jedoch durch die zweite Spule bestimmt, durch die der Strom fließt. Entspricht der zweite Satz Wicklungen bzw. Spulen dem ersten Satz, entspricht die Ausgangsspannung der Eingangsspannung. Hat die Sekundärspule jedoch weniger Wicklungen als die Primärspule, ist die Sekundärspannung geringer als die Primärspannung. In diesem Fall spricht man von einem Abwärtstransformator. Hat die Sekundärspule mehr Wicklungen als die Primärspule, erhöht sich die Spannung; dieser Transformatortyp wird als Aufwärtstransformator bezeichnet.

Im Magnetfeld des Transformators geht Energie verloren. Diese Verlustenergie wird in Form von Wärme umgewandelt. Um den Energieverlust zu verringern, werden die Spulen im Transformator häufig mit einem Kühlmittel umhüllt. Viele Hersteller verwenden eine konzentrische Konfiguration, bei der sowohl die Primär- als auch die Sekundärspule gemeinsam um die Spule gewickelt sind. Diese Konfiguration ist am häufigsten bei Dreistufentransformatoren anzutreffen. Vom Transformator wird der Strom dann durch Stromleitungen und Stromnetze transportiert. Der Transformator regelt die Spannung des zu übertragenden Stroms. Aufwärtstransformatoren erhöhen die Spannung, Abwärtstransformatoren verringern sie. Dieser Vorgang stellt sicher, dass das mit Strom versorgte Endgerät die richtige Spannung erhält. Eine zu geringe Spannung versorgt ein Gerät nicht mit Strom und kann seine Funktionalität langfristig beeinträchtigen. Eine zu hohe Spannung kann das mit Strom versorgte Gerät zerstören und möglicherweise Feuer und Stromschläge verursachen, wenn sie die Spitzenspannung eines Geräts überschreitet.

Während alle Transformatoren bis zu einem gewissen Grad auf der Grundlage des Faradayschen Gesetzes funktionieren, gibt es viele Arten von Transformatoren für unterschiedliche Funktionen.

Blechkerntransformatoren- gehören zu den am häufigsten verwendeten Transformatoren. Diese Transformatoren werden häufig in Geräten verwendet, um Spannungen in Niederspannung umzuwandeln. Der laminierte Kern verhindert Wirbelstromverluste im Kern.

Ringkerntransformatoren- ähneln dem in Ungarn von Ottó Bláthy, Miksa Déri und Károly Zipernowsky erfundenen. Die Herstellung ist teurer, da der Wickelprozess langsam ist und spezielle Ausrüstung erfordert.

Automatische Transformatoren- haben nur eine Spule, aber die Spannung wird durch die Frequenz der Wicklungen in den einzelnen Abschnitten geregelt. Automatische Transformatoren gehören ebenfalls zu den kostengünstigeren Transformatortypen.

Mehrphasentransformatoren- Mehrphasensysteme können entweder an mehrere Einphasentransformatoren oder nur an einen Mehrphasentransformator angeschlossen werden. Viele Mehrphasentransformatoren verwenden die Zickzack-Konfiguration, insbesondere wenn es sich um ein geerdetes System handelt.

Dreiphasentransformatoren- Die drei Primärwicklungen sind miteinander verbunden und die drei Sekundärwicklungen sind miteinander verbunden.

Fazit

Bei Transformatoren gilt das Faradaysche Gesetz, und sie eignen sich perfekt zur Speicherung und zum Transport elektrischer Energie. Seit ihrer Einführung im Jahr 1886 für den kommerziellen Einsatz, als sie zur Stromversorgung von Great Barrington, Maine, eingesetzt wurden, sind sie in unterschiedlicher Form ständig im Einsatz. Transformatoren sind die sicherste Möglichkeit, Strom zwischen Stromkreisen zu transportieren. Viele von ihnen können ganze Ortschaften und große Teile von Großstädten mit Strom versorgen.

Transformatoren können an spezifische Anforderungen angepasst werden. Es gibt eine Vielzahl von Transformatortypen. Wenn Sie jedoch einen speziell auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittenen Transformator benötigen, gibt es Hersteller, die Ihnen helfen können. Der Schlüssel liegt in der Wahl des richtigen Herstellers. Ein guter Hersteller und der richtige Hersteller sind keineswegs dasselbe.

Es gibt viele gute Hersteller, aber den richtigen Hersteller können nur Sie selbst bestimmen. Ein guter Ausgangspunkt bei der Suche nach dem richtigen Transformatorhersteller ist natürlich der Preis. Bedenken Sie aber auch, dass Sie möglicherweise die Qualität bekommen, für die Sie bezahlen. Der richtige Hersteller arbeitet außerdem mit Ihnen zusammen, um die für Ihr Unternehmen am besten geeigneten Stromversorgungslösungen zu finden, anstatt nur den teuersten Transformator zu verkaufen.

Es ist wichtig zu wissen, welche Anforderungen Sie an einen Transformator stellen. Selbst wenn Sie nicht hundertprozentig sicher sind, was für Ihre speziellen Stromversorgungsanforderungen am besten geeignet ist, können kompetente Hersteller Ihnen die besten Optionen für Ihre individuelle Situation anbieten. Mechanische und elektrische Systeme können schwierige Bereiche sein, aber die gute Nachricht ist, dass Sie nicht allein sein müssen. Sie können zum Anfang vondiese Seiteum eine praktische Liste von elektrischen Transformatoren zu finden, die Ihren Anforderungen entsprechen.

Elektrische Transformatortypen

• 3-Phasen-Transformatorensind Werkzeuge zum Ändern der Spannung von dreiphasigen elektrischen Übertragungssystemen.

• Spartransformatorensind elektrische Transformatoren mit einer gemeinsamen Wicklung für beide Stromkreise und ohne Isolierung zwischen den beiden Stromkreisen.
  

• Stromwandlerverfügen über eine Primärwicklung, die in den Stromkreis eingebunden ist, um den Strom messbar zu machen; sie dienen der Veränderung elektrischer Ströme.
  

• Verteilungstransformatorenhaben eine Nennleistung zwischen 3 und 500 KVA bei 601 Volt oder mehr.
  

• TrockentransformatorenVerwenden Sie keine Flüssigkeit zum Kühlen oder Isolieren.
  

• Hochohmige Transformatorenverfügen über einen hohen Leckreaktanzwert, um im Fehlerfall den Ausgangsstrom auf einen bestimmten Wert zu begrenzen.
  

• Hochspannungstransformatorensind für die Handhabung elektrischer Energie auf Hochspannungsniveau ausgelegt.

• MesswandlerMessen und überwachen Sie die Stromspannung präzise, ​​während sie proportional durch die Primär- und Sekundärspulen übertragen wird.

• WechselrichterKonvertieren zwischen Wechsel- und Gleichstrom.

• Trenntransformatorensind Transformatoren, die den Primärkreis vom Sekundärkreis isolieren.
  

• Niederspannungstransformatorenin niedrigere Spannungen umwandeln.

• Leistungstransformatorensind Geräte, die Spannung auf niedrigere Werte umwandeln.

• Impulstransformatorensind Breitbandgeräte, die hauptsächlich für die Wellenformübertragung vorgesehen sind. Sie übertragen rechteckige elektrische Impulse, d. h. die Impulse haben schnelle Anstiegs- und Abfallzeiten bei relativ konstanter Amplitude.

• Abwärtstransformatorenverfügen über die Fähigkeit, höhere Spannungen in niedrigere Spannungen umzuwandeln, indem sie elektrische Energie durch zwei Spulenstufen übertragen, wobei die zweite Spulenstufe weniger Spulenwicklungen aufweist.

• Aufwärtstransformatorensind Transformatoren, bei denen eine Hochspannungswicklung mit der Ausgangslast und eine Niederspannungswicklung mit der Stromquelle verbunden ist.
  

• Ringkerntransformatorenhaben Kupferdraht um einen zylindrischen Kern, sodass der magnetische Fluss eingeschlossen ist.
  

• Transformatorensind statische Geräte, die elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion von einem Stromkreis auf einen anderen übertragen, oft mit veränderten Spannungs- und Stromwerten.

• Zickzack-Transformatorensind Dreiphasentransformatoren für spezielle Zwecke, die für die Erdung ungeerdeter elektrischer Systeme sowie für die Filterung und Kontrolle von Oberschwingungsströmen vorgesehen sind.