2.2 paragraaf 2 spanning transformeren deel 2

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

paragraaf 2 spanning gebruiken (transformeren)

transformator, primaire- en secundaire spoel

Ideale transformator

herhaling

transformator

Een transformator is een elektronisch onderdeel dat spanning kan verhogen of verlagen. 

Een transformator bestaat uit een weekijzeren kern, een primaire en een secundaire spoel.

Bij energiecentrales wordt de opgewekte wisselspanning van 10.000 a 20.000V met behulp van een transformator verhoogt tot een hoogspanning van 400.000V.  Bij verdeelstations wordt deze hoogspanning weer omlaag gebracht tot 10.000V en vervolgens in transformatorenhuisjes in woonwijken wordt de spanning weer omlaag gebracht tot netspanning (230V).

transformator

formule transformator

Up = primaire spanning 

Us = secundaire spanning

Np = aantal wikkelingen van de primaire spoel

Ns = aantal wikkelingen van de secundaire spoel

Up x Ns = Us x Np

​(Us)​​(Up)​​=​(Ns)​​(Np)​​

werking transformator

1.) Wanneer men een wisselspanning aan sluit op de uiteinden van de primaire spoel, dan loopt er een wisselstroom door de spoel en wordt de primaire spoel afwisselend wel/niet magnetisch.

2.) De weekijzeren kern neemt dit wisselende magneetveld over. 

3.) De wijkijzeren kern loopt door zowel de primaire spoel als de secundaire spoel. Er ontstaat dus ook in de secundaire spoel  een magneetveld. Hierdoor wordt er een wisselspanning opgewekt in de secundaire spoel en gaat er een wisselstroom lopen door de secundaire spoel.

Spanning is een maat voor de energie die geleverd wordt. Energie gaat niet verloren, dus in theorie komt de elektrische energie die in de primaire spoel wordt opgenomen in de secundaire spoel weer vrij. 

Paragraaf 2 deel 2

rendement van een transformator

Transformatoren hebben een rendement dat rond de 99% ligt. Dit houd in dat 99% van alle energie die wordt opgenomen in de primaire spoel wordt omgezet in energie die wordt afgegeven door de secundaire spoel. slechts 1% of minder van alle energie wordt omgezet in warmte. Dit is verwaarloosbaar. Bij alle opdrachten mag je er dan ook vanuit gaan dat een transformator een ideale energie-omzetter is. 

ideale transformator:

100% van alle elektrische energie opgenomen = 100% elektrische energie afgegeven

                        primaire spoel                                          secundaire spoel

energie

voor een ideale transformator geldt:

E primair = E secundair

                                                       P x t = P x t                           (want    E = P x t)

t = voor de primaire en secundaire spoel gelijk. De tijd die de transformator werkt zijn namelijk zowel de primaire als secundaire spoel aan het werk.

je kunt dus ook zeggen dat voor een ideale transformator geldt:

P primair = P secundair 

ideale transformator

voor een ideale transformator geldt:

P primair = P secundair

P = U x I, dus geldt:

Up x Ip = Us x Is

Wanneer U groot is, dan is I dus klein en andersom!!!!

ideale transformator

voor een ideale transformator geldt:

P primair = P secundair

P = U x I, dus geldt:

Up x Ip = Us x Is

40 x 0,5 = 10 x 2

Wanneer U groot is, dan is I dus klein en andersom!!!!

voorbeeldsom

Een lasapparaat wordt aangesloten op een stopcontact (230V). De transformator in de adapter van het lasapparaat heeft een primaire spoel met 1200 wikkelingen. De secundaire spoel heeft 50 wikkelingen.  De stroomsterkte in de secundaire stroomkring is 13A

A.) Bereken de secundaire spanning

B.) Bereken de primaire stroomsterkte.

Antwoord voorbeeldsom

A.) Up = 230 V

Us = ? V

Np = 1200 wikkelingen

Ns = 50 wikkelingen

Up / Us = Np / Ns

  230 / Us = 1200 / 50

Us = (230 x 50) / 1200 

Us = 9,6V

voorbeeldsom

Up = 230 V

Us = 9,6 V

Ip = ? A

Is = 13A

Up x Ip = Us x Is

  230 x Ip = 9,6 x 13

230 x Ip = 124,8

Ip = 124,8 / 230 =0,54A

Een deurbel wordt aangesloten op het lichtnet (230V). De primaire spoel heeft 180 wikkelingen. De secundaire spoel heeft 8 wikkelingen. De stroomsterkte in de primaire stroomkring is 3,4A. Bereken de stroomsterkte in de secundaire stroomkring. (bereken eerst de secundaire spanning) noteer alleen het getal, geen eenheid. rond indien nodig af op 1 decimaal.

Vermogen is even groot

Stroomsterkte is kleiner

De koperdraad geleidt stroom

De Laklaag geleidt geen stroom

De weekijzeren kern versterkt het magnetischveld

De lader werkt op wisselspanning

De lader levert gelijkspanning

De secundaire spoel heeft meer windingen

Bij een ideale transformator geld: Pp = Ps

Pp = 0,8W

Ps = ?W

Us = 1,2V

Is = 4,5mA = 0,0045A

Ps = Us x Is

Ps = 1,2 x 0,0045 

Ps = 0,0054W

De transformator is dus niet ideaal, omdat Ps (0,0054W) niet gelijk is aan Pp (0,8W)

Pop = 85W

Paf = 45W

Rendement = paf / Pop x 100%

Rendement = 45 / 85 x100% 

Rendement = 52,9%