Hoe Kies je de Juiste Transformator? Berekening en Dimensionering

Een transformator is een passief elektrisch apparaat dat gebruik maakt van elektromagnetische inductie om elektrische energie over te brengen van het ene circuit naar het andere. Het selecteren van de juiste transformator voor een toepassing vereist zorgvuldige overweging van verschillende factoren, zoals spanning, stroom, type belasting, rendement, omgeving en kosten. Dit artikel geeft een stapsgewijze gids voor het kiezen van een transformator en het analyseren van verschillende vermogens in een transformator.

Inhoudsopgave

• Een transformator selecteren
• Berekening van de nominale belasting van de transformator
• Capaciteit van de transformator
• Rendementsberekening transformator
• Transformator wattage calculator
• Transformator verliezen
• Hoe transformatorverliezen te verminderen
• FAQs

Een transformator selecteren

Lees ons overzichtsartikel over transformatoren voor meer informatie over de werking ervan, hun constructie en hun types. Transformatoren zijn verkrijgbaar in verschillende ontwerpen, specificaties en maten. Het is belangrijk het volgende in overweging te nemen:

• Step up of step down: Kies een step-up of step-down transformator, afhankelijk van de specifieke toepassingseisen. Als u bijvoorbeeld aan een gelijkrichter werkt en de voedingsspanning wilt verlagen van 230 naar 12 volt, kiest u een 230-12 volt step-down transformator.

Let op: De spanning en frequentie van de Netvoeding verschillen van land tot land. Landen als de VS gebruiken een hoofdstroomvoorziening van 120 volt met 60 Hz, terwijl landen in Europa zoals het VK, Nederland en Duitsland werken met 230 volt en 50 Hz. Kies de transformator dienovereenkomstig. Zie de volledige lijst van landen met de bijbehorende netspanning en bedrijfsfrequenties voor meer details.

• Specificaties voor Spanning en Stroom: De volgende stap in de transformatorselectie is het bepalen van de stroom- en spanningsvereisten van de belasting.
  • Als een gebouw een AC-voeding van 240V heeft en 120V nodig heeft voor elektrische apparatuur, kiest u een 240-120V transformator.

Let op: In het algemeen worden de primaire en secundaire spanningen vermeld in de specificaties van de transformator. Maar in uitzonderlijke gevallen, zoals bij een stroomtransformator, worden de primaire en secundaire stromen vermeld.

• VA: Bepaal het door de belasting vereiste vermogen (VA) bij het selecteren van een transformator, aangezien transformatoren gewoonlijk worden gespecificeerd aan de hand van hun primaire en secundaire spanningen en VA-waarden. Het vooraf bepalen van deze waarden is noodzakelijk om de juiste transformator voor de specifieke toepassing te selecteren.

Berekening van de nominale belasting van de transformator

De nominale belasting (schijnbaar vermogen) van een transformator wordt gemeten met VA (Volt-Ampère). Het nominaal vermogen vertegenwoordigt de totale hoeveelheid vermogen die de transformator aan de belasting kan leveren. Om de benodigde nominale belasting te berekenen:

1. Bepaal de stroom- en spanningsvereisten van de belasting.
2. Vermenigvuldig de waarden van de belastingsstroom in ampère (I) en de spanning (V) om de VA (of nominale belasting) van de transformator te verkrijgen.

1. Voor een eenfasige transformator,

2. Voor een driefasige transformator,

Let op: Kleine transformatoren waarderen hun leverbare vermogen in volt-ampère, maar veel grotere vermogenstransformatoren worden gewaardeerd in eenheden van Kilo volt-ampère (kVA) en Mega volt-ampère (MVA). Daarom zijn VA, kVA en MVA vergelijkbare eenheden. Zo is 6 VA gelijk aan 0,006 kVA.

Lees onze artikelen over eenfase en driefase transformatoren voor meer informatie over hun werking en ontwerp.

Capaciteit van de transformator

De belastbaarheid van een transformator is de maximale hoeveelheid elektrisch vermogen die een transformator veilig en efficiënt kan verwerken zonder oververhitting of schade te veroorzaken. Een transformator met een vermogen van 200 VA kan bijvoorbeeld 200 volt aan bij één ampère stroom of 100 volt bij twee ampères stroom.

Als u de VA-waarde van de transformator kent, kunt u de stroom over de belasting bepalen door de vergelijking voor VA te herschikken.

1. Verkrijg de VA-waarde van de transformator.
2. Bepaal de benodigde spanning van de belasting.
3. Herschik de vergelijking voor VA om de stroom op te lossen. Bijvoorbeeld voor een eenfasige transformator.

Let op: Het wordt afgeraden een transformator boven 80% van zijn VA te belasten. Nadat u de VA hebt berekend, deelt u de waarde door 0,8 om de minimaal benodigde VA-waarde te verkrijgen. Een elektricien of elektrotechnicus moet alle waarden om veiligheidsredenen controleren en bevestigen.

Voorbeeld

Bereken het nominale vermogen van een eenfasige transformator met een belastingsspanning van 24 volt en een maximale belastingsfase stroom van 5 ampère.

De VA-waarde van de transformator = (V × I)= (24 × 5) = 120 VA.

Door de VA te delen door 0,8 wordt de herziene VA = 150

Kies een transformator met een VA-waarde van ongeveer 150 voor de belasting.

Rendementsberekening transformator

Het rendement van een transformator wordt gegeven door:

Bij transformatoren wordt het primaire vermogen doorgaans volt-ampère (VA) genoemd om het te onderscheiden van het secundaire vermogen. Het rendement wordt dus gegeven door:

Transformatoren hebben een hoog rendement door de afwezigheid van bewegende delen. Transformatoren worden ook wel statische wisselstroommachines genoemd. Het rendement van een goed ontworpen vermogenstransformator is zeer hoog, gemiddeld meer dan 98 procent. De enige verliezen zijn te wijten aan kernverliezen, de instandhouding van het wisselend magnetisch veld, weerstandsverliezen in de spoelen, en de voor koeling gebruikte energie.

Transformator wattage calculator

Vermogensfactor

In een wisselstroomcircuit is de Vermogensfactor de cosinus van het faseverschil tussen spanning en stroom. De Vermogensfactor vertegenwoordigt het deel van het nominale vermogen (schijnbaar vermogen) dat door een stroomkring wordt verbruikt (werkelijk vermogen).

• PF: Vermogensfactor
• 𝛷: Het faseverschil tussen spanning en stroom in de Schakeling

Een lage Vermogensfactor betekent dat een hogere stroom nodig is om een bepaalde hoeveelheid reëel vermogen aan de belasting te leveren, wat resulteert in hogere energieverliezen en een lager Rendement. De Vermogensfactor kan ook helpen om het totale vermogen te berekenen dat de transformator aankan zonder overbelasting.

Vermogen driehoek

Het schijnbare vermogen, het werkelijke vermogen en het actieve vermogen kunnen worden weergegeven in een rechthoekige driehoek die bekend staat als de vermogensdriehoek (figuur 4).

• S: Schijnbaar vermogen (nominaal vermogen) gemeten in VA
• Q: Reactief vermogen gemeten in VAR. Reactief vermogen wordt verbruikt wanneer een inductieve belasting zoals de motor wordt aangesloten, waardoor een faseverschil ontstaat tussen de spanning en de stroom.
• P: Actief vermogen gemeten in watt. Actief vermogen is het vermogen dat echt werk genereert.
• 𝛷: Het faseverschil tussen spanning en stroom in de Schakeling

Gebruik figuur 3 om de relatie af te leiden tussen verschillende typen vermogen in een transformator.

• Reactief vermogen

• Actief vermogen

• Schijnbaar vermogen

• Vermogensfactor

Transformator verliezen

Er zijn meerdere bronnen van vermogensverlies in een transformator.

• Koperverlies: Koperverliezen worden veroorzaakt door circulerende stromen rond de koperen wikkelingen van de transformator.
• Kernverlies (ijzerverlies): IJzerverliezen worden veroorzaakt door wervelstromen en hysteresis, die in de kern optreden als gevolg van wisselende flux.
• Diëlektrisch verlies: Diëlektrisch verlies wordt waargenomen in het isolatiemateriaal van de transformator. Als de olie verslechtert of de vaste isolatie beschadigd raakt, vermindert dat de kwaliteit van het systeem en wordt het totale rendement van de transformator aangetast.

Hoe transformatorverliezen te verminderen

De verschillende verliezen in een transformator kunnen ervoor zorgen dat het apparaat oververhit raakt, wat leidt tot schade en een kortere levensduur van de transformator. Deze verliezen moeten worden beperkt om het rendement van de transformator te verbeteren en de optimale prestaties van het elektrische systeem te garanderen. Veel voorkomende maatregelen zijn:

1. Gebruik grotere koperdraad in de transformatorwikkelingen om het koperverlies te beperken.
2. Gebruik magnetisch materiaal van hoge kwaliteit, zoals siliciumstaal, met het kleinste oppervlak van de hysteresislus om ijzer- of kernverlies te beperken.
3. Stapel dunne platen op elkaar bij het maken van de transformatorkern; dit vermindert het wervelstroomverlies.
4. Test de olie regelmatig en onderhoud de isolatiekwaliteit om diëlektrisch verlies te beperken.

FAQs

Hoe meet u een transformator?

Om een transformator te dimensioneren, bepaalt u de belastingseisen van het elektrische systeem in termen van spanning en stroom, en selecteert u vervolgens een transformator met een geschikt kVA-vermogen op basis van de belastingseisen.

Hoe berekent u de VA van een transformator?

Om de VA (Volt-Ampère) van een transformator te berekenen, moet u het product van de spanning en stroom van de transformator berekenen.

Wat zijn enkelfasige transformatoren in kVA?

De standaard kVA-maten voor eenfasetransformatoren zijn: 1, 1,5, 2, 3, 5, 7,5, 10, 15, 25, 37,5, 50, 75, 100, 167, 200, 250 en 333 (KVA)

Is een transformator 100% efficiënt?

Het rendement van een transformator is minder dan 100% door de verschillende soorten verliezen in het apparaat, zoals kernverlies, koperverlies, en diëlektrisch verlies.