Transformatoren
voor electriciteitsdistributie
Electriciteit
Root server » TechTalk » Electriciteit » Wisselspanning » Transformatoren

Een transformator wordt gebruikt om een spanning omhoog of omlaag te transformeren. Een transformator werkt enkel met wisselspanning, en daarom is men honderd jaar geleden overgestapt op wisselspanning in plaats van gelijkspanning. Tegenwoordig kan men ook gelijkspanning gemakkelijk transformeren met schakelende voedingen, maar die bestonden niet in die tijd.

Een transformator zet een lage spanning om in een hogere spanning en omgekeerd. Omdat het vermogen constant blijft, heeft de lage spanning een hogere stroom dan de hogere spanning. Omdat een hogere stroom meer verliezen teweeg brengt, zal men een zou hoog mogelijke spanning gebruiken voor de electriciteitsdistributie. De eindgebruiker verkiest dan weer een lagere, veiligere spanning.



Zigzagschakeling primair in driehoek of ster geschakeld.

Als de uitgangsspanning aangepast moet worden gebruikt men variacs or regelbare transformatoren bij lage vermogens en lastschakelaars of inductiespanningsregelaars bij hoge vermogens (electriciteitsdistributie).

Indien er electrisch vermogen overgebracht moet worden op een draaiende as (bijvoorbeeld voor het isntellen van de stand van de wieken in een windmolen) dan gebruikt men een roterende transfo.

Triphasé kan niet eenvoudig omgezet worden in monophasé. Als er een zware monofasige belasting op een driefasig net moet aansluiten, dan gebruikt men een open delta transformator.

Er bestaan heel veel verschillende transformatoren die hier niet besproken zullen worden: afgestemde transformatoren die gebruikt worden om hoogfrekwente signalen te versterken (radio, televisie,...), stroomtransformatoren, impedantieomvormers die in bepaalde electronische schakelingen gebruikt worden,... We beperken ons hier tot de transformatoren die bij de electriciteitsdistributie gebruikt worden.

Monofasig of driefasig

De stroomverdeling gebeurt driefasig, de meeste transformatoren zijn dan ook driefasig, waardoor er minder ijzer en koper nodig is (met als gevolg minder veliezen). Het is enkel als de transformator zo groot zou moeten worden dat die niet vervoerd kan worden dat men drie monofasige transformatoren gebruikt (uitgangstransfo's van electriciteitscentrales).

Als men drie monofasige transfo's gebruikt, dan kan men zich in een eerste fase beperken tot twee transfo's als het verbruik nog laag is, om later de derde transo bij te plaatsen. Dit is enkel mogelijk bij driehoekschakelingen.

De meeste transformatoren hebben drie kolommen met een primaire en secundaire wikkeling. Deze worden algemeen gebruikt, maar zijn minder aangeraden als de belasting asymmetrisch kan worden. Men gebruikt dan twee extra kolommen zodat de magnetische flux langs hier kan lopen.

Er bestaan hier ook twee manieren van aansluiten zoals bij motoren en generatoren: de ster en driehoekaansluiting. In theorie kan het primair en secondair vrij gewikkeld worden in ster of driehoek, maar bij zeer hoge spanningen moet men rekening houden met het feit dat één zijde op massapotentiaal staat en de andere zijde op de maximale spanning (ster), terwijl bij driehoek beide zijden op hoogspanning staan.

Ster aansluiting

Een steraansluiting is goedkoper bij hogere spanningen. De spanningsomschakelaars (lastschakelaars) kunnen op de laagsspanningskant van de wikkeling geplaatst worden. Deze omschakelaars worden gebruikt om de transformatieverhouding lichtjes aan te passen.

Met een steraansluiting heb je een neutre uitgang: de steraansluiting wordt daarom gebruikt als laatste transformator bij de stroomverdeling aan de eindgebruikers.

De steraansluiting wordt ook gebruikt op de secundaire van de transformator van een electriciteitscentrale. De neutre wordt lokaal aan de massa gelegd, maar wordt niet doorgestuurd omdat er normaal geen stroom door de neutre loopt indien de belasting evenwichtig is (wat meestal het geval is bij electriciteitsdistributie).

Driehoek aansluiting

Deze aansluiting is goedkoper bij lage spanningen (en hogere stromen). Er is geen neutre aansluiting en de spanning ten opzichte van de massa kan verlopen.

Deze aansluiting wordt in de Verenigde Staten gebruikt om de eindgebruikers van stroom te voorzien (split phase met high leg). De neutre wordt aangesloten op de middenaftakking van één van de wikkelingen.

Om de belasting beter te verdelen probeert men een andere aansluiting te hebben op primair en secundair (dus ster naar driehoek of driehoek naar ster). Zelfs al is het aantal wikkelingen identiek (zelfde transformatieverhouding), de spanning wordt 1.7× hoger bij de overgang van driehoek op ster.

Zigzag aansluiting

De zigzag aansluiting is een speciale uitvoering van de steraansluiting. In tegenstelling met de ster of driehoekaansluiting waarbij men in theorie kan overgaan van de ene naar de andere aansluiting door de aansluitingen anders te verbinden heeft men bij een zigzag aansluiting een dubbele wikkeling nodig.

Met een zigzag aansluiting kan men een asymmetrische belasting beter verdelen over de drie fasen. Men kan ook de harmonische vervormingen beperken. Deze worden bijvoorbeeld veroorzaakt door niet-lineaire belastingen zoals oudere schakelende voedingen (met een slechte crest factor), frekwentieomvormers, enz. Deze aansluiting heeft ook een neutre uitgang.

Deze aansluiting wordt vaak gebruikt in plaats van een gewone ster-uitgang bij de laatste transfo om eindgebruikers te voeden (deze gebruikers hebben vaak een zeer asymmetrische netbelasting). Ten gevolge van de complexere constructie wordt de zigzag aansluiting enkel gebruikt bij lagere spanningen en vermogens. De zigzag aansluiting wordt enkel op de secundaire kant van een transfo toegepast.

De zigzagschakeling met primair in driehoeksvorm produceert geen faseverschuiving (of een faseverschuiving van 180°) zoals de driehoek/driehoek en ster/sterschakeling. Electrisch gezien heeft men de voordelen van een ster-ster of driehoek-driehoekschakeling (geen faseverschuiving) met die van een driehoek-sterschakeling (onderdrukking van harmonischen en verdeling van een asymmetrische belasting). De afwezigheid van een faseverschuiving tussen primair en secundair is belangrijk bij het koppelen van electriciteitsnetwerken.

We nemen een transformator met aan primaire zijde een spoel met n wikkelingen aangesloten op v volt en aan secundaire zijde twee spoelen met n/2 wikkelingen. Ten gevolge van het faseverschil tussen beide wikkelingen is de bekomen spanning niet v volt, maar 0.85 × v. Ten gevolge van de faseverschuiving is het ook niet mogelijk de wikkelingen in parallel te gebruiken. Men moet dus meer wikkelingen gebruiken om een bepaalde spanning te bekomen: de koperverliezen liggen dus wat hoger in vergelijking met een secundair die in ster geschakeld is. Daarom wordt een zigzag aansluiting enkel gebruikt bij lagere vermogens.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's