TRANSFORMATOR

trafo1p1s.png
het algemeen gebruikte symbool voor transformator in schakelingen

Een transformator(vaak afgekort tot trafo , is een elektrisch apparaat, bestaande uit magnetisch gekoppelde spoelen welke via een ijzerkern fysiek van elkaar zijn gescheiden.
Stuurt men een veranderlijke stroom door één van de spoelen, de primaire spoel genoemd, dan wordt in de andere spoel(en), de secundaire spoel(en) genoemd, een spanning opgewekt.

Een belangrijke toepassing is het omzetten van een hogere wisselspanning, zoals de netspanning, naar de gewenste lagere wisselspanning.
De hogere wisselspanning op de primaire spoel met meer windingen veroorzaakt daarin een wisselstroom, die in deze spoel door de wet van Lenz een vrijwel even grote en tegengestelde inductiespanning opwekt(zelfinductie).
De primaire spoel werkt als een smoorspoel wanneer de secundaire spoel geen belasting in zijn keten heeft(onbelaste / open secundaire spoel).
Door de magnetische koppeling(ijzerkern) bereikt de wisselende magnetische flux van de primaire spoel de secundaire spoel met minder wikkelingen.
In deze secundaire spoel wordt - weer door de wet van Lenz - een lagere wisselspanning opgewekt: de spanning is omlaag getransformeerd.
Heeft de secundaire spoel meer wikkelingen dan de primaire spoel, dan wordt de spanning omhoog getransformeerd.
Doordat de secundaire spoel vaak een veel lager aantal wikkelingen heeft, is er ruimte voor dikker draad, waarbij bij deze lagere spanning een grotere stroom kan worden afgenomen.

trafoschema.png
Het schema hierboven, geeft aan hoe de spanning/stroom door de twee afzonderlijke transformator-spoelen lopen.

Probeer nooit rechtstreeks een gelijkspanning via een transformator te transformeren, omdat de transformator ernstig kan worden beschadigd. Voor het transformeren van gelijkspanningen, zijn kant en klare DC/DC-converters verkrijgbaar.


halotrafo.png
Een voorbeeld is de transformator hierboven voor bijvoorbeeld maximaal 105Watt 12V halogeenverlichting.(Hierbij zijn de verliezen even niet inbegrepen).
De Primaire spoel is geschikt voor een 230 Volt wisselspanning van 50/60 Hertz, de Secundaire spoel geeft een spanning van 11,5 Volt en kan maximaal 8,4 Ampére stroom leveren.

De verhouding tussen het aantal windingen van de primaire spoel en de secundaire spoel geeft de factor waarmee de spanning omhoog, dan wel omlaag wordt getransformeerd.
Dit noemt men de transformatieverhouding.
In het elektriciteitsnet worden transformatoren gebruikt om de in de centrale opgewekte energie te transformeren naar een hoge spanning.
Bij deze hoge spanning wordt de energie door het net getransporteerd tot de punten waar de energie wordt afgenomen.
Daar wordt de spanning weer omlaag getransformeerd en geleid naar transformatorhuisjes in de woonwijken, waar de spanning weer verder omlaag wordt getransformeerd.

trafoGR.png
Hierboven een voorbeeld van een transformator bij de energiecentrale.

Een transformator is geen versterker, het vermogen aan de primaire kant(op verliezen na) is gelijk aan het vermogen aan de secundaire kant.
Hierdoor kan bij hoge spanning de stroomsterkte relatief klein gehouden worden.
Het vermogensverlies in de leiding is immers gelijk aan spanning maal stroom P=UxI=I2xR, dus sterk afhankelijk van de stroom door de leiding. Bij een gegeven leidingweerstand, een hoge spanning en een lage stroom kunnen de transportverliezen dan beperkt worden.
trafokat.png
Hierboven een voorbeeld van een Kathodestraalbuis-transformator welke in de oudere televisies en CRT-monitoren voorkomen.
De functie van dit soort transformatoren is om de relatief lage netspanning om te zetten naar een spanning van 30000 Volt waarmee de kathodestraalbuis(beeldbuis) werkt.

Zoals eerder aangegeven bestaat een transformator bestaat uit twee of meer spoelen, die zich in elkaars magnetisch veld bevinden.
Soms zijn de spoelen uitgevoerd als één wikkeling met aftakkingen.
Afhankelijk van de toepassing van de transformator worden de spoelen al dan niet gewikkeld rond een magnetiseerbare kern.
Het wikkeldraad is meestal koper, dat is voorzien van een isolatielaagje van schellak om sluiting tussen de wikkelingen te voorkomen.

Om een magnetisch veld op te wekken, dient er een kern bestaande uit ijzer te worden gebruikt.
Bij laagfrequenttypen, transformatoren voor lage frequenties (tot ca. 1 kHz) is de kern meestal van gelamelleerd, zacht siliciumstaal(weekijzer), zgn. transformatorblik.
blikpakketkern.png
Hierboven een voorbeeld van twee stukken transformatorblik in een U-vorm.

Bovenstaande kern bestaat uit lamellen die van elkaar geïsoleerd zijn om het vermogensverlies in de kern door wervelstromen te beperken.
De uitvoeringsvorm kan naar de vorm van de ijzerlamellen een E-I-, U-I-, U-U- of een ronde kern(ringkern) zijn.
De E-I-, U-I-kern wordt veelal toegepast in de low cost (print)transformatoren, welke als onderbelicht nadeel een relatief groot energieverlies kennen.
bloktrafo.png
Hierboven een voorbeeld van twee E-I kern transformator.

De ringkern-uitvoeringen bezitten een veel lager energieverlies, welke als warmte aan de omgeving afgegeven zal worden.
De spoelen worden op een kunststof of hars-gedrenkt kartonnen spoelvorm gewikkeld.
ringkern1.png
Hierboven een voorbeeld van een ringkern transformator met 1 primaire wikkeling en 2 secundaire wikkelingen (vandaar de zes aansluitdraden).

Verouderde hoogvermogentransformatoren waren meestal op een Dual-C of Quad-C kern gewikkeld.
Deze kernen waren dus als onderhelft u of uu en als bovenhelft n of nn uitgevoerd, waarbij op de gemeenschappelijke delen de spoelen gewikkeld zijn.
De kerndelen werden met een zware stalen spanband bij elkaar gehouden zodat er zo min mogelijk brom en ijzerverliezen optraden.
Ieder zo'n U-deel bestond uit een flink aantal lagen transformatorblik die in een steeds grotere U gebogen waren die vervolgens exact over de vorige U pasten.
Door de gebogen vorm van deze U's en hun "dwarse ligging" was er toch relatief weinig strooiveld(magnetisch veld dat buiten de spoelen omgaat en tot energieverlies leidt), in tegenstelling tot de hedendaagse E-I of E-E kern.
ckerntrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een Ckern transformator met 1 primaire wikkeling en 1 secundaire wikkeling.

Bij hoogfrequenttypen (vanaf 1 kHz) is de magnetiseerbare kern vervaardigd uit ferriet(minuscule ijzerdeeltjes die met een keramische legering zijn vermengd en in de vorm van de kern zijn geperst).
ferrietkern1.pngferrietkern2.pngferrietkern3.png
Hierboven drie willekeurige voorbeelden van een ferrietkernen voor transformatoren.

Voor een transformator geldt de wet van behoud van energie. Al het aan de primaire kant opgenomen vermogen moet ergens blijven. Het grootste deel kan aan de secundaire kant weer afgenomen worden, ofwel in formulevorm:Pprimair = Psecundair + Pverlies.
Het verlies wat optreedt in een transformator, noemt men ook wel dissiperen
Een klein deel van de energie wordt in de transformator echter in warmte omgezet(gedissipeerd vermogen).
Voor een ideale transformator, waar geen verliezen in optreden, geldt dus(met P = UxI) de volgende formule: Uprimair X Iprimail = Usecundair X Isecundair.

De sterkte van het magnetische veld in de spoel is afhankelijk van het aantal windingen van die spoel en de sterkte van de elektrische stroom door die windingen.

In de praktijk treden altijd verliezen op. Oorzaken van verliezen zijn: warmteproductie in de spoelen(koperverliezen), geluidsproductie en magnetische verliezen(ijzerverliezen).
Vooral warmteverliezen zijn kwantitatief belangrijk. Toch is met transformatoren meestal een hoog nuttig rendement te halen, in de orde van 90%.
Bij goedkope adapters (voedingsapparaten met kleine transformators in een behuizing die in zijn geheel in het stopcontact wordt gestoken) wordt soms bezuinigd op de metalen lamellen van de kern.
Het gevolg hiervan is, dat de overige lamellen sneller in magnetische verzadiging kunnen raken, waardoor er meer primaire stroom gaat lopen, met als gevolg meer warmteontwikkeling.
spanningsadapter.png
Hierboven een voorbeeld van boven omschreven spanningsadapter.

E-kern transformator versus Ringkern transformator

De simpelste uitvoering van de transformator heet E-E- of E-I-kerntransformator naar de vorm van het deel van het lamellenpakket waarover de spoelen worden geschoven.
De spoelen worden over de middelste poot van de E geschoven. Hierna wordt een tweede, E- of I-vormig pakket tegen het E-vormige pakket geschoven.
Bij betere uitvoeringen zijn de lamellen om en om gestapeld. Een probleem bij de E-kern transformator is dat de lamellen van de kern niet één doorlopend geheel vormen, maar dat de kern uit twee delen bestaat die zo goed mogelijk tegen elkaar worden gedrukt.

De kern van een ringkerntransformator bestaat uit één doorlopende band van weekijzer, die is opgerold tot een ring.
Over deze ring worden de wikkelingen gelegd. Een ringkerntransformator heeft minder verliezen, maar is duurder om te maken vanwege de technische problemen bij het wikkelen van de spoelen.
Ook heeft de ringkern een gunstiger gevormd magnetisch circuit waardoor het strooiveld(verlies) kleiner is.

Een transformator die dubbel geïsoleerd is, heeft de primaire en secundaire wikkelingen op afzonderlijke kunststof vormen.
Voor gewone transformatoren voor consumentengebruik is dat de veiligste manier.
Transformatoren welke dubbel geïsoleerd zijn, worden door de fabrikant voorzien van onderstaand symbool (twee in elkaar passende vierkanten).
dubbeliso.png

Vroeger werden de primaire en secundaire wikkelingen soms over elkaar heen gewikkeld. Als door hitte of mechanische beschadigingen de isolatie van de wikkelingen stuk ging, dan kon de secundaire wikkeling onder netspanning komen te staan.

Bij ringkerntransformators worden de wikkelingen meestal direct over elkaar heen gewikkeld wat het ontwerp energiezuiniger maakt.
Het maakt de ringkerntransformator tegelijk relatief kwetsbaar en daardoor minder geschikt voor consumententoepassingen.
Ringkerntrafo's zijn vaak te vinden in zwaardere (eind)versterkers.
ringkern.png
Hierboven een voorbeeld van een ringkerntransformator met de montage-plaat en vastzetschroef.

printtrafo's zijn vaak te vinden in elektronische schakelingen, vanwege de relatief kleine afmetingen.
printtrafo's in diverse secundaire spanningen verkrijgbaar, waarbij de afgegeven hoeveelheid VoltAmpére (VA) strekt van 0,75 VA tot wel 60 VA.
Zoals de naam printtrafo reeds doet vermoeden worden dit soort transformatoren DIRECT op de printplaat gesoldeerd.
printtrafos.pngprinttrafo1va.pngprinttrafo50VA.png
Hierboven enige voorbeelden van printtransformatoren. met geheel rechts een 50 VA - uitvoering

Een eenvoudige transformator kan kortsluitvast gemaakt worden, door hem minder effectief te maken.
Wanneer een ringkerntransformator aan de secundaire kant kortgesloten wordt(bijvoorbeeld doordat het aangesloten apparaat stuk is gegaan) dan gaat er primair een grote stroom lopen.
Er ontstaat zo in korte tijd zeer veel warmte. Door zijn hoge rendement is de ringkerntransformator niet kortsluitvast te maken.
Daarom wordt hij vrijwel niet meer gebruikt in consumentenproducten.
De Europese norm pleit wel voor het gebruik van de ringkern, vooral vanwege het beperkte strooiveld(energieverlies).

U zult het vast herkennen, het brommen van een transformator.
Deze geluidsproductie van transformatoren wordt veroorzaakt door magnetostrictie, het verschijnsel dat de magneetkern krimpt en uitzet met de grootte van het magnetisch veld.
De optredende trilling veroorzaakt het geluid dat rond een transformator hoorbaar is als een toon met de dubbele frequentie van de wisselspanning.
Transformatoren in het lichtnet produceren hierdoor geluid van 100 Hertz (brommen).
Bij grotere transformatoren(energiecentrales) in de open lucht kan dit leiden tot geluidshinder.
Doordat het optredende geluid een lage frequentie heeft en bovendien goed voorspelbaar is, kan het geluid van transformatoren met antigeluid worden bestreden.
Het was daarmee in 2003 één van de weinige praktische toepassingen van antigeluid.

Een andere geluidsbron zijn de eventuele corona-ontladingen. Hierbij wordt dichtbij een geleider de doorslagveldsterkte van lucht overschreden, waardoor de lucht daar geïoniseerd raakt, en onder invloed van de aanwezige velden beweegt.

Er zijn ook speciale soorten transformatoren:

Autotransformator. Deze bestaat uit alleen een primaire wikkeling die op een aantal punten 'afgetapt' kan worden.
autotransformator.png
Hierboven een voorbeeld van een 750 MegaVoltAmpére 380/230kiloVolt "autotransformator" in de proefbank voor de opwarmingsproef. De transformmator weegt compleet met koelbatterij 364 ton waarvan 109 ton olie. Hij is 18,85 meter lang, 11,62 meter hoog en 10,5 meter breed.

Bobine. Een bobine is een speciale transformator die in het ontstekingssysteem van auto's met mengselmotor gebruikt wordt om de hoogspanning op te wekken waarmee met behulp van een bougie vonk het brandstofmengsel wordt ontstoken.
bobine.png
Hierboven een voorbeeld van een Bobine de bobine levert de hoogspanning (tot 40 kiloVolt) die nodig is om een bougie een vonk te laten genereren.

Driefasentransformator. Speciaal voor het omvormen van driefasenspanningen bedoeld.
driefasentrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een driefasen transformator.

Lastransformator. Deze bevat een verschuifbare kern waarmee de maximale stroomsterkte is in te stellen. De uitgangsspanning is laag en de stroom hoog.
lastrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een lastransformator.

Variacs. Een variac is vaak een variant op de autotransformator waarbij de uitgangsspanning traploos geregeld kan worden. Variacs worden onder andere gebruikt om in testopstellingen netspanningsvariaties te simuleren. Soms wordt de variabele uitgangsspanning van een secundaire wikkeling afgenomen, waardoor het aangesloten apparaat niet rechtstreeks met de netspanning is verbonden. Dit is vooral van belang voor de veiligheid bij onderzoek- en reparatiewerkzaamheden.
variac.png
Hierboven een voorbeeld van een Variac of regeltransformator.

Veiligheidstransformator. Primaire en secundaire spoelen van de veiligheidstrafo's zijn door een dubbele isolatielaag van elkaar gescheiden, om elektrocutiegevaar weg te nemen. Veiligheidstransformatoren worden gebruikt in vochtige vertrekken en besloten ruimten als voeding voor looplampen, elektrisch materieel bij medische toepassingen, en dergelijke.
veiligheidstrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een veiligheids-transformator , de af te nemen spanning is 42 Volt met een vermogen van maximaal 1200 VoltAmpére.

Scheidingstransformator. Net zoals bij de veiligheidstrafo zijn de primaire en secundaire spoelen hier met dubbele isolatie van elkaar gescheiden, maar de primaire spanning is gelijk aan de secundaire spanning (meestal 230 V). Scheidingstrafo's worden gebruikt om elektrocutiegevaar te verminderen als de keuze voor een veiligheidstransformator niet gemaakt kan worden. De meeste laboratoriumtoestellen, zoals de oscilloscoop, hebben omwille van veiligheidsredenen een ingebouwde scheidingstrafo. Een scheerstopcontact bevat een scheidingstrafo, zodat het zonder gevaar in een badkamer aanwezig mag zijn.

scheidingstrafo.pngscgeerstop.png
Hierboven een voorbeeld van links een scheidings-transformator , en rechts een scheerwandcontactdoos met ingebouwde scheidingstransformator.

Uitgangstransformator. Deze trafo wordt gebruikt in buizenversterkers om de wisselstroom die op de gelijkstroom uit de anode van een elektronenbuis is gesuperponeerd, aan een luidspreker af te geven. De trafo gedraagt zich als een scheidingstransformator en als een impedantietransformator.
uitgangsstrafo.png
Hierboven een voorbeeld van links een uitgangstransformator uit de oude doos.

Verhuistransformator. Meestal voorzien van 230 V en 110 V aansluiting voor in- en uitgangen. Bedoeld om apparaten van het ene net op het andere aan te sluiten (bijvoorbeeld na een verhuizing naar een ander land of continent). Hiervoor gebruikt men meestal een autotransformator.
verhuistrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een verhuistransformator.

Tokamak. De plasmastroom in een tokamak wordt op gang gebracht en gehouden door het transformatorprincipe, waarbij de plasma-ring dienst doet als secundaire spoel. Deze toepassing gebruik men bij kernfusie-systemen.
tokamak.png
Hierboven een voorbeeld van een Tokamak transformator welke voor kerntransfusie-systemen gebruikt wordt.

Meettransformatoren waaronder spanningstransformatoren en stroomtransformatoren. Deze transformatoren hebben niet tot doel een belasting te voeden maar een meetsignaal te transformeren naar een meetbare waarde. Zij worden voornamelijk ingezet voor energiemeting en beveiliging van installaties.
meettrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een stroom meettransformator.

Aardingstransformator die een driefasig net zonder nulpunt kan aarden om zwevende potentialen tegen te gaan.
aardingstrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een aardingstransformator.

Treintransformator is de transformator die de spanning van de bovenleiding van het spoorwegnet omlaag transformeert op niveau van de tractiemotoren.
treintrafo.png
Hierboven een voorbeeld van een treintransformator éénfasige uitvoering met een spanning van 400 KiloVolt.

Weliswaar wordt de grote blikpakkettransformator in sommige elektronische toestellen nog steeds toegepast, maar nieuwe technologieën hebben de toepassing sterk teruggedrongen.
Tegenwoordig wordt de traditionele trafo met twee spoelen verdrongen door de zogeheten schakelende voedingen, die met een andere procedure voor een vergelijkbaar vermogen een veel kleinere ferrietkerntransformator gebruiken, om toch de benodigde lage spanning te verkrijgen.
Deze zijn kleiner en hebben een hoger rendement, maar zijn over het algemeen minder betrouwbaar door de grotere hoeveelheid componenten.
Schakelende voedingen voor o.a. laptops, cameras enz. hebben meestal een gelijke uitgang bij een ingangsspanning die mag variëren van 110 tot 240 volt.

Zoals u wellicht op sommige van de bij dit onderwerp geplaatste afbeeldingen heeft kunnen waarnemen, worden over het algemeen de relevante benodigde gegevens op de transformator gestempeld.

U bent op zoek naar een kleine printtransformator voor een leuk elektronica-projec wat u wilt gaan bouwen, hieronder een methode om de juiste transformator te vinden.

Volgens een componentenlijst op finimuis.nl heeft u een transformator nodig, prim:230 V sec:9 V 39 mA 0,35VA. Soms staat er ook nog een EI... waarde, dit is een afmetingen-code.
U kunt natuurlijk naar uw onderdelen-leverancier gaan en aangeven wat u nodig heeft. Dat is vanzelfsprekend de kortste weg.

Aangezien we tegenwoordig nagenoeg alle relevante informatie via het internet en dan met name via datasheets van de fabrikanten kunnen vinden, is dat wellicht een goede optie om goed te kunnen bepalen wat voor soort en welke uitvoering u wenst.
Wanneer u op onderstaande link klikt, zal er een datasheet van de door u gewenste printtransformator worden getoond.
Datasheet van SPITZNAGEL printtransformatoren uit de SKP003... serie.

Geheel bovenaan, kunt u lezen dat het om een E-I - kern transformator gaat met een vermogen van 0,35VoltAmpére
Daaronder (links) ziet u de afmetingen weergegeven en (rechts) staat informatie over de opbouw-wijze en normering waaraan voldaan is.
Daaronder (links) ziet u een schematische weergave, van de aansluitingen voor een enkele en dubbele secundaire wikkeling, omdat beide uitvoeringen verkrijgbaar zijn.
In uw geval is een enkele secundaire wikkeling genoeg, dus gebruikt u alles aangaande de 20A-uitvoering.

Het laatste gedeelte van deze datasheet, is de tabel welke u kunt aflezen om zodoende op een artikelnummer uit te komen. In uw geval betreft het artikelnummer: 00309 van SPITZNAGEL.
Artikelcode: 00309 geeft u een primaire -spoel voor 230 Volt (50/60 Hertz) met een secundaire -spoel welke 9 Volt (nominale)spanning en 16,2 Volt (onbelaste) spanning afgeeft met een (nominale) stroomsterkte van 39 milliAmpére.
Verder kunt u uit de tabel de aansluitpennen voor de primaire-spoel halen, namelijk pin 1 en 4. Uit de tekening links boven de tabel, kunt u opmaken dat de secundaire-spoel verbonden is met de aansluitpunten 6 en 7.
Indien u een transformator met twee secundaire spoelen wenst te gebruiken, geven de tekeningen (rechts) naast het aansluit-schema weer hoe u deze twee spoelen in serie of parallel kunt gebruiken.

U besteld via het internet of via uw leverancier een transformator van SPITZNAGEL met artikelcode: 00309
infotrafo.png
Hierboven ziet u de bestelde printtransformator waarop u alle relevante gegevens kunt aflezen.
Zo ziet u: TRAFO TYPE SPK 00309
de artikelcode klopt.
PRIM: 230V 50-60Hz PIN 1-4
informatie over de PRIMAIRE kant van de transformator.
SEC: 9V 0,35VA PIN 6-7
informatie over de SECUNDAIRE kant van de transformator.
Als laatste staan der diverse logo's afgebeeld welke aangeven aan welke normen deze transformator voldoet.

Op nagenoeg dezelfde wijze als hierboven voor printtransformatoren is het vinden van de juiste ringkerntransformator een optie.
Ringkern-transformatoren zijn over het algemeen leverbaar in de vermogens van 15 VoltAmpére(VA) tot en met 2000 VoltAmpére, waarbij diverse tussenwaarden mogelijk zijn.
In het geval van Amplimo gaat het om: 15VA, 30VA, 80VA, 120VA, 160VA, 225VA, 300VA, 500VA, 800VA, 1000VA voor de Prim: 400 Volt-uitvoering is zelfs een 3000VA uitvoering beschikbaar.

klik hieronder om een datasheet van een 15 VoltAmpére(VA) van Amplimo transformatoren uit Neede te zien.
Datasheet van de Ringkerntransformator welke hieronder staat afgebeeld.

ring08010.png
Hierboven ziet u de ringkern-transformator waarnaar de datasheet verwijst.

Via een datasheet kunt u met name goed achterhalen welke kleur van de aansluitdraden voor dient. In sommige situatie, staat dit ook duidelijk op het etiket van de ringkern-transformator aangegeven.
De overige informatie komt sterk overeen met de informatie van de print-transformatoren.

Laatste update : 15 oktober 2014


Terug naar de Spoel/transformator pagina

Terug naar Component informatie

Terug naar Startpagina

Email aan Finimuis.nl