Transformatorlindningar

Om man skall transformera 10000 V till 230 V (växelspänning) så kan man ha 10000 varv på primärsidan och 230 varv på sekundärsidan. Man kan också ha 1000 varv och 23, eller 43 och 1. Varför har man aldrig det senare? Vilka är de optimala lindningsvarven i detta fall?

Reply to
M.O.B. i L.
Loading thread data ...

M.O.B. i L. wrote On 2010-04-05 01:10:

Hmmm... Jag tror att en av faktorerna är permeabiliteten och arean på transformatorkärnan...

/T.

--
Teodor Väänänen                | Don't meddle in the affairs of wizards,
   | for you are good and crunchy with
 Click to see the full signature
Reply to
Teodor Väänänen

Tack för att du försökte besvara frågorna, men de är fortfarande obesvarade.

Reply to
M.O.B. i L.

Vad som är ett optimalt antal lindningsvarv beror mest på permeabiliteten och arean i transformatorkärnan. Vid närmare eftertanke så är nog också strömmen som transformatorn avses leverera också en viktig faktor (d.v.s. hur mycket roll den rena resistansen i lindingarna spelar).

Av erfarenhet (är utbildad telereparatör) så vet jag att transformatorer med väldigt få varv på primär- eller sekundärsida är vanliga i högfrekvenssammanhang, som sändare eller switchade nätaggregat, och i viss mån också strömtransformatorer (används för att mäta strömmar).

Det var ett bra tag se'n jag studerade transformatorer, så jag kan inte ge ett närmare svar - men teorin om hur transformatorer fungerar är inte några patenterade hemligheter (dock kan designen på kärnor vara svårare att få reda på). Prova t.ex. Wikipedia för att hitta mer.

/Teo.

--
Teodor Väänänen                | Don't meddle in the affairs of wizards,
   | for you are good and crunchy with
 Click to see the full signature
Reply to
Teodor Väänänen

"M.O.B. i L." skrev i meddelandet news:hpb68g$if4$ snipped-for-privacy@news.eternal-september.org...

Är ingen expert på området, men har förstått att om vi talar om nättransformatorer (50 Hz) och "normala" spänningar (230 V på primärsidan och 1-50 V på sekundärsidan), så ger en transformator med få lindningsvarv stora värmeförluster. Ju fler varv (=högre resistans) ju större verkningsgrad.
Reply to
Hakvinius

Det går inte bortse från att begreppet elektromagnetisk induktion som detta tranformatorfenomenet lyder under är en relativt komplicerad diciplin, vars teori komplexitet är väl jämförbar med att t.ex. designa flygplansvingar eller möjligen mer komplicerad. Mängden teknisk litteratur i ämnet är avsevärt större än den mängd som finns om flygplansvingar. Dessbättre finns mycket av denna litteratur relativt lätthittad via Google, om man har intentionen att lära sej något om faktiska funktionen och varför man gör på ena eller andra sättet när man designar en transformator.

Att 10kV kan omsättas till 230 Volt enligt beskrivning ovan är sällan förekommande utom i en idealiserad förlustfri värld och där fungerar det lika bra med endast ett varv på primären och 0.023 varv på sekundären. Det finns ju inget som säjer att varvtalen måste vara hela. Ett mer verklighetsanpassat svar på ursprunglig fråga är: Optimala lindningvarvtalet på en vanlig 50 Hz järnkärne-transformator bestäms av i första hand användningområde och hur mycket transformatorn får kosta.

Värmeresonemanget vill jag inte vara med om. Delvis rätt är att frekvensen är intressant utöver en mängd andra faktorer som inverkar på optimala utfomningen av en transformator varav några parametrar är: Kärnans material och utformning, trådtyp och tråddiameter, hur stor effektförlust som kan accepteras kontra kostnad, hur ser tidfördelningen ut mellan full, halvlast och tomgång. Alla denna typen av faktorer inverkar på varvtalsförhållandet och bästa valet av antalet varv på respektive lindning.

Kontentan är att det inte finns något idealt lindningsförhållande som är "det bästa", lika lite som det går standardisera vad som är den bästa skostorleken eller bästa utväxlingen på en växellåda för bilar.

En simpel 50 Hz battereliminator-trafo har ofta hög impedans och har designats för att kosta så liten mängd koppartråd och som möjligt då sådant är dyrt. Genom lite tummande på andra parametrar kan man använda en tunnare koppartråd och färre antal varv. Det leder tyvärr till att transformatorns utimpedans blir hög. Den höga impedansen medför hög inre värmeförlust även obelastad och att resulterande spänningen är ytterst belastningsberoende. Sett över tid är transformatorns verkningsgrad förmodligen bara några procent. Billig att tillverka men slöaktigt med el.

Som motsatts i verkningsgrad finns större transformatorer i vårat kraftledningsnät där verkningsgraden kan vara över 99%.

En faktor som kan påverka lindningstyp och varvtal är t.ex. ljudnivå. Nära bostadshus vill man ha tysta högspänningstransformatorer. Ett sätt är att väja tunnare tråddiameter men linda flera separata spolar som sedan kopplas ihop paralellt för bibehållen strömkapacitet. Man kan även baka in lindningarna i tjock epoxi tillsammans med kärnan vilket gör transformatorn tystare, men måste å andra sidan då lindas för en lägra effektklass eftersom kylningen av transformatorn fungerar sämre.

Just vad gäller 10kV transformatorer utgör de en stor förlustfaktor i form av värme i vårat distrubutionsnät. Om last över transformatorn är konstant året om kan man optimera transformatorn för just denna effektöverföringen, vilket tyvärr gör den till ett sämre alternativ vid andra effektnivåer. Verklighetens elförbrukning ser väldigt olika beroende om det är bostadsområde eller industri, tid på dygnet eller årstid, därför finns olika transformatortyper att välja bland för att passa respektive förbrukningstyp.

Inom svagströmmen finns en mängd andra faktorer att beakta när man väljer transformatordesign. För en taltransformator vill man ha hög amplitudlinjaritet och bred frekvensgång och ofta i kombination med stora impedansomsättningar. Det blir oftast transformatorer med tunna trådar och många lindningvarv. I switchade nätaggregat typ datornätaggregat måste lindningsvarvtalet väljas beroende på t.ex. hur ström och spänningståligheten för den switchande transistorn bäst utnyttjas.

Vidare finns transformatorer som inte har några egentliga lindningar utan det är elektronik som utför hela transformatorfunktionen. Transformering kan göras med några LC-länkar, eller mha ytvågsfilter. "Jakobs stege" är en annan välkänd spänningstransformator som förekommer bl.a. i bildrörs-TV.

Den kanske vanligaste typen av spänningstransformator finns i den mesta av vår moderna hemelektronik och består i huvudsak av en switch, diod och en spole och kallas stepup och stepdown konverterare. Istället för att variera lindningsvarv varierar man styrsignalen till kretsen kan på så vis variablet förändra "transformatorns" spänningsomsättning.

En viktig faktor för transformatorer i högfrekventa antennsammanhang är att hålla signalförlusterna låga vilket kan göra att man väljer att göra ytmässigt stora transformatorer men med så få varv som möjligt. Trådtjocklek och varvtal måste även här väljas med omdömme då det kan vara stor skillnad på behovet av effektöverföring om det är mottagarsignalen till en bilradio eller till någon större tv-sändare. Skillnaden i ström kan vara mer än 10 nollor... I RF-sammanhang måste man även ta hänsyn till skinneffekten när man väljer lindningstyp till transformatorn. Att linda med Litz-tråd är ett sätt att minska skinneffekten. Utrymmesmässiga aspekter på transformatorns storlek gör att man ofta väljer mer komplicerade lösningar i t.ex. en mobiltelefon för att om möjligt helt designa bort transformattorn.

Detta var lite ytligt om många transformatortyper, men för den som vill finns mycket djupare info att hitta på internet.

/Alf

Reply to
Alf.F

Teodor Väänänen skrev 2010-04-05 22:50:

Nikola Tesla patenterade nog växelströmmen men släppte det och dog närmast utfattig.

formatting link

Men visst finns det en mängd patent uttagna, det på växelströmmen hade nog kunnat ge hur mycket pengar som helst egentligen.

formatting link

Men patenten gäller nog inte längre så det är väl därför ingen äger dem, förmodar jag.

Reply to
Mikael Forsberg

Induktionfenomenet och transformatorns grundideer får väl tillskrivas Faraday/Henry som beskrev den långt innan Tesla var född, utan att ta patent. Deras rön baserades på upptäckter gjorda av Örstedt. Maxwell formulerade f.ö. matematiska principer för elektriska växelfält. Teslas patenterade mycket i kölvattnet på redan gjorda uppfinningar, inklusive olika typer av elektrisk induktion. Han ansåg sej vara uppfinnare av tre-fas-systemet, som fick stort ekonomiskt värde eftersom industrin fick tillgång till elmotorer som i pris och funktion kunde konkurrera ut andra kraftkällor. I praktiken hade han inte uppfunnit trefasen men när trefassystemet presenterades ägde Tesla så många kringsnärjande patent att ursprunglig uppfinnare inte kunde få patent beviljat. Tesla ville även vara uppfinnare av radion och glödlampan och tog mängder av patent även på dessas kringområden. Trådlös energiöverföring enligt mycket tveksama vetenskapliga principer var hans stora passion. Försök att nylansera "Tesla-överföring" gjordes för några år sedan. Är i dag lika kallt som kall fusion. Fast det fick man ju Nobelpris för och det värmde väl lite.

/Alf

Reply to
Alf.F

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.