Hoe werkt een transformator?

Werking van een transformatie

Een transformator is een elektrisch apparaat dat op het principe van elektromagnetische inductie werkt om elektrische energie van het ene circuit naar het andere over te brengen. Het stelt de aanpassing van spanningniveaus binnen een wisselstroom (AC) systeem mogelijk, zowel verhogend (opstuwen) als verlagend (verlagen) terwijl de frequentie hetzelfde blijft.

Werkprincipe:

Basiscomponenten
Een transformator bestaat uit twee spoelen, bekend als windingen - de "primaire winding" die verbonden is met de AC-voeding, en de "secundaire winding" die verbonden is met de belasting. Deze windingen zijn gewikkeld rond een kern die meestal gemaakt is van magnetisch materiaal (zoals ijzer). De kern dient om het magnetische veld dat door de stroom in de primaire winding wordt gegenereerd, te concentreren en te leiden.

Principe van elektromagnetische inductie
Wanneer er wisselstroom door de primaire winding stroomt, produceert dit een continu veranderend magnetisch veld. Volgens de wet van Faraday van elektromagnetische inductie veroorzaakt dit veranderende magnetische veld een spanning (elektromotieve kracht of EMK) in de secundaire winding, ook al zijn de twee windingen niet elektrisch verbonden.

Spanningstransformatie
De in de secundaire winding geïnduceerde spanning hangt af van het wendingverhouding - het verhouding van het aantal windingen in de secundaire winding ten opzichte van de primaire winding. Als de secundaire meer windingen heeft dan de primaire, wordt de spanning opgestuwd; als het minder windingen heeft, wordt de spanning verlaagd.

Stroomtransformatie
Wegens de behoudswet van vermogen is er een omgekeerd verband tussen spanning en stroom. Wanneer de spanning wordt opgestuwd, neemt de stroom af, en wanneer de spanning wordt verlaagd, neemt de stroom toe, waardoor het vermogensbalans gehandhaafd wordt.

Belastingsverbinding
De belasting (zoals apparaten of machines) is verbonden met de secundaire winding, die de getransformeerde spanning levert om de belasting te voeden.

Isolatie en galvanische scheiding
Transformators bieden elektrische isolatie en galvanische scheiding tussen de primaire en secundaire circuits. Dit betekent dat er geen directe elektrische verbinding is tussen de windingen, wat de veiligheid verhoogt en ongewenste stroomstroom tussen circuits voorkomt.

Samenvattend werken transformators op basis van elektromagnetische inductie, waarbij een veranderend magnetisch veld van de primaire winding een spanning in de secundaire winding induceert. Door het aantal windingen te variëren, kunnen transformators de spanning op- of verlagen terwijl het vermogensbalans tussen de primaire en secundaire circuits behouden blijft. Transformators zijn essentiële componenten in energiedistributie- en -transportnetwerken, waarmee efficiënte en veilige elektriciteitslevering mogelijk wordt.