Transformatorstruktur

En transformator består av en magnetkrets, denna kallas för kärnan. Kärnan har två strömförande lindningar, den så kallade primärlindningen och sekundärlindningen. Om en elektrisk växelspänning läggs på primärlindningen börjar en växelström att flöda genom primärlindningen. Denna växelström genererar ett magnetfält i lindningen, som ändrar styrka och frekvens beroende på växelströmskällan. Det magnetiska flödet i transformatorn ändras med växelspänningens frekvens.

En riktig transformator består i huvudsak av två eller flera spolar och en gemensam järnkärna. Transformatorns lindningar är vanligtvis gjorda av isolerad koppartråd och är lindade på järnkärnan.

Ingångsspänningen läggs på transformatorns primärlindning. Det är därför spolen på primärsidan ofta kallas primärspole. Den växlande spänningen på primärspolen skapar ett växlande magnetfält på grund av induktivitet. Det magnetiska flödet passerar genom sekundärspolen med hjälp av järnkärnan. Utspänningen kan därmed tas från transformatorns sekundärsida. Motsvarande spolen på primärsidan kallas spolen på sekundärsidan för sekundärspole. Lindningsförhållandet mellan primär- och sekundärspolarna avgör om utspänningen är mindre eller större än inspänningen. Om antalet varv på sekundärspolen är större än på primärspolen är utspänningen större än inspänningen. Men om antalet varv på sekundärspolen är mindre, är utspänningen mindre än ingångsspänningen. Om båda spolarna har samma antal varv med tråd lindad runt dem, motsvarar utspänningen ingångsspänningen. En transformator arbetar huvudsakligen med växelspänning. Förhållandet mellan antalet varv är avgörande för effekt-, spännings- eller strömförändringen. Det är viktigt att notera att transformatorn antingen kan öka eller minska spänningen eller strömmen i processen. Respektive motpart kommer då att minska eller öka i samma utsträckning.

Förutom spolarna är järnkärnan en viktig komponent i en transformator. En järnkärna består ofta av järnpulver, ferrit eller kiselstållegeringar. Trådrullar lindas på järnkärnan för att skapa en magnetisk förbindelse mellan dem. Många transformatorer är också utsatta för kylning. Transformatorerna kyls i och av ett oljebad. Förutom att kyla fungerar oljan också som en isolator och isolerar bättre än luft. Dessutom kan ytterligare kylsystem installeras för mycket höga uteffekter och eller nätspänningar.

Tillverkningstekniken för kärnan och kvaliteten på den transformatorkärna som används påverkar den magnetiska kretsen. En transformators magnetkrets (magnetfält) ska helst generera låga virvelströmsförluster och ha låga ommagnetiseringsförluster (hysteresförluster). En annan aspekt är resistanserna i transformatorns lindning. Endast med skiktade och ordnade lindningar på primärspolen och sekundärspolen och den bästa lindningsmetallen kan du minska lindningsförlusterna. Spänningen regleras med antalet varv på spolen. Strömstyrkan bestämmer diametern på den lindade metallen.
En transformators konstruktionseffekt uttrycks i VA eller kVA (VA är termen för voltampère och står för måttenheten för skenbar elektrisk effekt, kVA för kilovoltampère).

Med undantag för silver har koppar den bästa ledningsförmågan med γ = 56. Aluminium har däremot bara γ = 36. Aluminium följer därmed med ett gap på cirka 35 procent. Koppar är alltså den bästa metallen och aluminium ”bara” den näst bästa av de tekniskt och ekonomiskt användbara ledarmaterialen för elektrisk energi. Alla andra metaller kan inte betraktas som ledare för elektricitet, och legeringar har i allmänhet betydligt lägre ledningsförmåga än rena metaller. Silver eller guld utesluts helt och hållet på grund av det höga priset.