Allmänt om transformatorer

En transformator är en elapparat utan rörliga delar. Transformatorns funktion baseras på elmagnetisk induktion och fungerar därför bara med växelström. En transformators huvuduppgift är att omvandla elspänning så att den blir högre eller lägre. Samtidigt ska transformatorn ofta galvaniskt separera strömkretsarna från varandra så att det ändå sker en energiöverföring. Ett skäl till att växelströmsnätet är så populärt vid eldistribution är att det är lätt att ändra spänningsnivå med god verkningsgrad med hjälp av en transformator.

Transformatorns egenskaper

Effekt

Transformatorns effekt anges alltid i skenbar effekt i enheten VA. Den skenbara effekten är sekundärspänningen gånger sekundärströmmen. Ibland kan det även vara bra att känna till transformatorns inmatade effekt vid dimensionering av t.ex. primärledningar eller säkringar. Därför anges även ΔS i databladet. Eftersom samtliga transformatorer har större eller mindre koppar-, järn- och magnetiseringsförluster är ΔS alltid större än 1. När man kopplar in transformatorn i elnätet uppstår det alltid en viss inkopplingsströmstöt, och därför ska man använda en långsam säkring på primärsidan.

Exempel: U=220V, S=400VA and ΔS=1.10

Ineffekt = 1.10x400VA=440VA

Inström = 440VA / 220V = 2A

Tomgängsspänning

Transformatorn får alltid belastningsförluster (kopparförluster), varmed sekundärspänningen förändras med belastningen. Den nominella sekundärspänningen anges därför alltid med nominell belastning. För att kunna räkna ut variationerna mellan sekundära spänningar anges ΔU på databladet. Tomgångsspänningen får man fram genom att ta den nominella sekundärspänningen gånger ΔU. (Ex: den nominella sekundärspänningen är 110 V och ΔU=1,05. Tomgångsspänningen är då 1,05 X 110 V = 115,5 V. Sekundärspänningen skiftar alltså från 110 volt med nominell belastning till 115,5 volt med tomgång).

Kertomalla nimellisteho ΔS:llä saadaan sisään syötettävä näennäisteho. (Esim. erään muuntajan nimellisteho on 400 VA ja ΔS = 1,10.

Sisäänmenevä näennäisteho on tällöin 1,10 X 400 VA = 440 VA). Kun tiedetään sisäänsyötetty näennäisteho ja syöttöjännite, saadaan helposti syöttövirta. (edellisessä esimerkissä U = 220 V, S = 440 VA, I = 440 VA : 220 V = 2 A). Kytkettäessä muuntajaa sähköverkkoon esiintyy aina tietty kytkentävirtasysäys, josta syystä ensiöpuolella tulee käyttää hidasta sulaketta.

Verkningsgrad

Transformatorernas verkningsgrad varierar kraftigt beroende på deras storlek. Ju större transformatorn är, desto bättre verkningsgrad brukar den ha. Transformatorns verkliga verkningsgrad är alltid något bättre än dess skenbara verkningsgrad, som man får fram som inversen av ΔS.

Avvikelser från typeffekt

Transformatorns nominella effekt kan skilja sig från typeffekten på databladet av flera skäl. Ett av de vanligaste är att det finns flera primärspänningar. I sådana fall ska samtliga delar till primärlindningen dimensioneras till full effekt, vilket kräver mer lindningsutrymme än normalt. Därför brukar man bli tvungen att använda en högre kärneffekt. Ett annat vanligt skäl är att man vill minska spänningsfallet, varför man måste överdimensionera lindningarna för att minska kopparförlusterna. Lindningarna måste även överdimensioneras om den omgivande temperaturen är ovanligt hög. De angivna typeffekterna ligger på frekvens 50–60 Hz. Vid en lägre frekvens, t.ex. 16 2/3 Hz, blir transformatorn större med högre frekvens, t.ex. 400 Hz mindre än en standardtransformator.

Den angivna typeffekten gäller bara vid kontinuerlig användning. Om transformatorn bara används i perioder kan den göras mindre. Därför är det viktigt att ange eventuell periodisk användning vid beställningen. Mängden periodisk användning i procent visar hur många procent av drifttiden som transformatorn belastas. Typeffekten kan då räknas ut enligt följande:

Sekundäreffekten gånger kvadratroten ur periodfaktorn= typeffekt. Ex: sekundäreffekten 100 VA tas under 1 sekund var fjärde sekund, varmed periodfaktorn är 0,25. Kvadratroten ur det är 0,5, varmed typeffekten är 5O VA. Vid periodisk användning ska man observera att perioden ska vara avsevärt mindre än transformatorns egen uppvärmningstidkonstant. Uppvärmningstidkonstanterna är oftast 5–50 minuter beroende på storleken på transformatorn. Hos större transformatorer är tidskonstanten dock flera timmar lång.

Autotransformatorer

Fulltransformatorer har primär- och sekundärlindningar som är galvaniskt separerade från varandra, medan autotransformatorer bara har en lindning med uttag för olika spänningar. Autotransformatorer ger en högre effekt än typeffekten som anges i databladet. Typeffekten kan räknas ut genom att man tar den högre spänningen minus den lägre spänningen och delar resultatet med den högre spänningen. Resultatet av detta är den önskade effekten. Generellt sett kan man säga att ju mindre skillnad mellan spänningarna, desto högre verkningsgrad får man av den autotransformatorn jämfört med en vanlig. Det är dock viktigt att iaktta säkerhet vid användning av en autotransformator, då primär- och sekundärlindningarna vidrör varandra galvaniskt. Autotransformatorer används ofta som reglerbara transformatorer och starttransformatorer.

3-faskopplingar

Lindningar som tillhör samma spänning i en 3-fastransformator kan kopplas till en stjärna (Y), triangel (D) eller sicksack (Z). Tabellen nedan presenterar de vanligaste kopplingarna.

Y-KOPPLING

Detta är den vanligaste kopplingsmetoden i 3-fastransformatorer. Den används både på under- och överspänningssidan. En Y-koppling får man genom att koppla ihop den andra änden på samtliga lindningar, vilket bildar en 0-punkt som man kan koppla neutralledaren till. Mellan fasledarna och neutralledaren finns det då en fasspänning, som är huvudspänningen delat med √3.

D-KOPPLING

Genom att koppla ihop början på varje fas med slutet på nästa fas får man en D-koppling. Mellan fasledarna får man en huvudspänning, men ingen mellanspänning med denna kopplingsmetod. D-koppling används i första hand med småspänningar, då den kräver √3 gånger som många varv som en Y-koppling.

Z-KOPPLING

Denna koppling kan man tänka sig har bildats av en Y-koppling, där varje faslindning har delats in i två halvor. Ändarna på de ena halvorna är sammankopplade, och varje punkt utgör en nollpunkt. Halvorna som sitter på olika pelare kopplas i serie. Spänningarnas fasöverföring är 60°, varför man behöver 15,5 % fler varv än vid Y-koppling.

Samma koppling kan förekomma både på primär- och sekundärsidan (t.ex. Y/Y, D/D). Detta kallas en ren koppling. Om kopplingarna är olika kallas det blandkoppling (t.ex. D/Y, Y/Z).

Med tanke på snedbelastningsegenskaperna och de ekonomiska aspekterna rekommenderar vi kopplingen Dy11 i de flesta fall. Om ingen kopplingsgrupp anges vid beställning levereras transformatorn med denna koppling. En 3-fastransformator kan naturligtvis tillverkas som en sparkopplad transformator, precis som en 1-fastransformator. Då används vanligtvis en Y-koppling.

Kapslingsklasser

Med kapslingsklass avses förmågan hos elapparatens yttre hölje eller mantel (kapsling) att skydda omgivningen från livs-, hälso- eller egendomsfara orsakad av gnistbildning, ljusbåge, temperatur samt spänningsförande eller rörliga delar inuti apparatens innerdelar samt det yttre höljets eller mantelns förmåga att skydda apparatens inre delar från omgivande fukt, damm och frätande eller i övrigt skadliga ämnen. I den internationella organisationen IEC:s klassificeringssystem anges kapslingsklassen med bokstäverna IP följt av två siffror. Den första siffran anger kapslingens skydd mot beröring och främmande ämnen och den andra kapslingens skydd mot vatten. Om man vill ange kapslingsklass med enbart en av siffrorna ersätter man den andra siffran – som då är oviktig för kapslingen – med ett stort X, t.ex. IP 2X eller IP X5. Tabellen nedan presenterar IP-klasserna.

1st number	Description	Definition
IP 0X	Non-protected	–
IP 1X	Protected against solid foreign objects with a diameter of 50mm and greater	The object probe, a sphere 50mm diameter, shall not fully penetrate.
IP 2X	Protected against solid foreign objects with a diameter of 12.5mm and greater	Protected against solid foreign objects with a diameter of 12.5mm and greater
IP 3X	Protected against solid foreign objects with a diameter of 2.5mm and greater	The object probe, a sphere 2.5mm diameter, shall not penetrate at all.
IP 4X	Protected against solid foreign objects with a diameter of 1mm and greater	Protected against solid foreign objects with a diameter of 1mm and greater
IP 5X	Dust-protected	Ingress of dust is not totally prevented, but dust shall not penetrate in a quantity to interfere with satisfactory operation of the apparatus or to impair safety.
IP 6X	Dust-tight	No ingress of dust (at a partial vacuum of 20mbar inside the enclosure).
2nd number	Description	Definition
IP X0	Non-protected	–
IP X1	Protected vertically falling water drops	Vertically falling drops shall have no harmful effects.
IP X2	Protected vertically falling water drops when the enclosure is tilted up to 15º	Vertically falling drops shall have no harmful effects when the enclosure is tilted at any angle up to 15º on either side of the vertical.
IP X3	Protected against spraying water	Water sprayed at an angle of up to 60º on either side of the vertical shall have no harmful effects.
IP X4	Protected against splashing water	Water splashed against the enclosure will enclosure from any direction shall have no harmful effects.
IP X5	Protected against water jets	Water projected in jets against the enclosure will enclosure from any direction shall have no harmful effects.
IP X6	Protected against powerful water jets	Water projected in powerful jets against the enclosure will enclosure from any direction shall have no harmful effects.
IP X7	Protected against the effects of temporary immersion in water	Ingress of water in quantities causing harmful effects shall not be possible when the enclosure is temporarily immersed in water under standardized conditions of pressure and time.
IP X8	Protected against the effects of continuous immersion in water	Ingress of water in quantities causing harmful effects shall not be possible when the enclosure is continuously immersed in water under conditions which shall be agreed between the manufacturer and the user but which is more severe than for numeral 7.

Standardkonstruktion

I E-serien har transformatorerna som standard en spole med dubbelfack och drosslarna en spole med enkelfack. Transformatorerna kan även levereras med enkelfacksspole. Kärnan är tillverkad av kallvalsad 0,5 mm dynamoplåt av EI-typ. Lindningarnas temperaturstigning är ofta max 80°C och temperaturklassen B (130°C). Vid behov tillverkar vi även transformatorer för en högre temperaturklass. För att öka driftsäkerheten uppfyller en del av isolermaterialen kraven i klass F eller H. I modeller med låg effekt är temperaturstigningen typiskt sett ca 40°C. Produkterna impregneras genom att de sänks ner i harts och torkas i en ugn. Transformatorernas och drosslarnas mått uppfyller DIN-normerna och tillverkas och provtestas normalt sett enligt IEC 61558-1 . Produkterna kan även tillverkas och testas enligt andras normer (t.ex. CSA). De inkapslade modellerna är avsedda för fast installation.

Objekt som ska nämnas i beställning

typ
effekt
primär- och sekundärspänningar; även strömstyrkan på respektive sekundärspänning samt huruvida det handlar om ett mellanuttag eller en separat lindningskoppling
kopplingsgrupp, 3-fastransformatorer
eventuell säkring eller överströmsskydd
övriga tilläggsuppgifter som frekvens, periodisk användning, sparkoppling m.m.km