Doelen
- Je kent de functie van een transformator
- Je weet wat een ideale transformator is
- Je kunt rekenen met de formule voor een ideale transformator
- Je kunt rekenen met rendement in een elektrische schakeling
Transformator
Een transformator is een apparaat waarmee je de spanning kun veranderen. Dit is handig omdat hoge spanningen gevaarlijk zijn. Zo kun je je telefoon opladen met 5 volt terwijl de oplader in het topcontact zit met 230 V.
Bij de energiecentrale wordt elektrische energie opgewekt met 2.000 V. Voor het transport wordt het nog eens verhoogd tot 380.000 V. Daarna moet die spanning weer omlaag om in een huis te gebruiken met 230 V en uiteindelijk naar 5 V voor jouw telefoon.
Een transformator kan de spanning veranderen op basis van het principe dat een elektrische stroom een magneetveld opwekt en een verandering in een magneetveld weer een elektrische spanning creëert.
Foto Tesla spoel: Daniel Grohmann onder Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Wat doet een transformator?
Een oplader of transformator wordt ook wel eens een adapter genoemd. To adapt is Engels voor aanpassen. Wat past een transformator aan?
Noem 3 apparaten bij jou thuis waar een transformator in zit.
Bekijk de video’s over de transformator. Welke onderdelen zitten in een transformator?
Hoe bepaal je welke kant van een transformator de primaire kant is?
Als een transformator aan de secundaire kant 10x zo veel windingen heeft als aan de primaire kant. Hoe veel groter is dan de secundaire spanning
Vul de volgde woorden in op de puntjes van de zinnen.
- Magnetisch veld
- Spanning
- Elektrische stroom
- Windingen
Een transformator maakt van een hoge … een lage … of andersom.
De verhouding van de … van de spoelen bepaald de verhouding van de … op de spoelen.
Een spoel maakt van een … een ….
Een verandering in het … veroorzaakt een … in een spoel.
In een practicum sluit je een spoel aan op een batterij van 9 V. Je meet rond de spoel een magnetisch veld. Je wisselt de batterij om met een voltmeter en houdt nu een magneet bij de spoel. Heel even slaat de voltmeter uit maar geeft daarna geen spanning meer aan. Verklaar waarom de voltmeter heel even uitslaat en daarna weer op 0 blijft staan.
Primair en Secundair
Primair betekent eerst en secundair betekend tweede. De kant van de transformator waar de energie vandaan komt noemen we primair. De kant waar de energie gebruikt wordt is secundair. De transformator bestaat uit 2 spoelen met een bepaald aantal windingen. De verhouding van de windingen bepaalt ook de verhouding van de spanningen. Dit levert de volgende formule op:
| Grootheid | Symbool | Eenheid | |
|---|---|---|---|
| Primaire windingen | Np | ||
| Secundaire windingen | Ns | ||
| Primaire spanning | Up | volt | V |
| Secundaire spanning | Us | volt | V |
Transformator door: BillC onder GNU Free Documentation License
Bereken de secundaire spanning als de primaire spanning op een transformator 230 V is. De transformator heeft 800 windingen in de primaire spoel en 42 windingen in de secundaire spoel.
De zelfde transformator wordt nu omgedraaid. Er staat nog steeds 230 V op de primaire spoel. Er zijn nu 42 primaire windingen en 800 secundaire windingen. Berken opnieuw de secundaire spanning.
Je moet een transformator maken die de spanning verdubbeld. Hoeveel primaire en secundaire windingen heeft jouw transformator?
Teken de schakeling van jouw transformator.
Een klasgenoot gaat met jouw transformator aan de slag. Hij sluit de transformator aan op een spanning van 6 V en meet aan de andere kant van de transformator 3 V. Wat is er fout gegaan?
Ideale transformator
Bij het verhogen en verlagen van de spanning blijft de energie wel constant. Er kan niet zomaar energie uit het niets bij komen als de spanning groter wordt. Als de spanning hoger wordt, wordt de stroomsterkte lager. Andersom werkt dit ook. Bij een ideale transformator is er geen verlies en is het vermogen voor en na de transformator gelijk. De formule voor het vermogen van een ideale transformator is:
| Grootheid | Symbool | Eenheid | |
|---|---|---|---|
| Primaire vermogen | Pp | Watt | W |
| Secundaire vermogen | Ps | Watt | W |
Foto Hoogspanningsmast in veld: E. Dronkert onder Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Wisselstroom
Een transformator werkt alleen op wisselstroom. Wisselstroom is stroom die constant van richting veranderd. Er is dus geen echte + pool of - pool omdat deze de hele tijd wisselen. In huis wordt 230 V wisselspanning gebruikt. Batterijen en accu's hebben wel een + pool en - pool en werken op gelijkspanning. Voor veel componenten zoals lampjes en weerstanden maakt het niet uit of er wisselstroom of gelijkstroom is.
Wisselstroom kun je omzetten in gelijkstroom met een gelijkrichter. Het is moeilijker om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom maar daar zijn ook apparaten voor. In de oplader van een laptop of telefoon zit naast de transformator ook een gelijkrichter omdat elektronica zoals laptops en telefoons alleen op gelijkstroom werken.
Dit is het symbool voor een spanningsbron met 8 V wisselspanning:
De oplader van een laptop maakt van 230 V een spanning van 16 V. Er zijn 300 secundaire windingen. Bereken hoeveel primaire windingen er zijn.
Je wilt uit een transformator 24 V halen. De transformator heeft 921 primaire en 307 secundaire windingen. Bereken welke spanning je moet gebruiken om 24 V uit de transformator te krijgen.
Een ideale transformator voor een led lamp gebruikt 80 W. Er zijn 60 secundaire windingen. De spanning wordt omlaag getransformeerd van 230 V tot 3 V. Bereken het aantal primaire windingen.
Waarom is een transformator op zichzelf wel geschikt voor gloeilampen maar niet voor led’s?
In een proefopstelling wordt een batterij gekoppeld aan een spoel van 60 windingen. Een andere spoel van 900 windingen wordt aangesloten op een lampje. De spoelen staan naast elkaar met een ijzeren kern door de spoelen. Toch gaat het lampje niet branden. Leg uit wat er fout is aan de opstelling.
Met een oplader worden oplaadbare AA batterijen opgeladen. In de oplader zit een transformator die de spanning van het lichtnet omzet naar 1,5 V. Waarom is alleen een transformator niet genoeg om de batterijen op te laden?
Rendement
De ideale transformator bestaat in het echt niet. Een transformator maakt altijd verlies. Dat wil zeggen dat de elektrische energie die er uit komt minder is dan de energie die er in gaat. De energie wordt ook omgezet in warmte en soms ook in geluid als je de transformator hoort trillen. Warmte is bij een transformator echter altijd de grootste verlies post. Het rendement kun je uitrekenen met de formules:
| Grootheid | Symbool | Eenheid | |
|---|---|---|---|
| Primaire vermogen | Pp | Watt | W |
| Secundaire vermogen | Ps | Watt | W |
| Primaire Energie | Ein | Joule | J |
| Secundaire Energie | Euit | Joule | J |
In de BINAS in tabel 18 staan rendementen van de meest gebruikte apparaten.
Een transformator werkt met een rendement van 45%. Er gaat een vermogen van 30 W in. Bereken het uitgaande vermogen.
De transformator van 30 W werkt op een spanning van 96 V. Bereken de primaire stroomsterkte.
De transformator heeft een secundaire stroomsterkte van 1,93 A. Bereken de secundaire spanning.
Hoe kun je merken dat een transformator niet ideaal is.
Leg uit of een halogeen lamp zuiniger is dan een gloeilamp.
In een Tesla auto zit een elektromotor. De accu van de Tesla bevat 60 kWh. Bereken hoeveel energie uit 1 accu nuttig omgezet kan worden door de elektromotor.
Een dikke tl-buis heeft een vermogen van 80 W. Bereken hoeveel warmte de tl-buis per uur produceert.
Een dunne tl-buis heeft volgens BINAS een rendement van 65%. In welke vormen van energie zet de tl-buis energie om? Noem 2 energie soorten met een percentage.
Hoe kun je eenvoudig bepalen of een lamp een hoog rendement heeft?
Een transformator heeft een primaire spanning van 12 V en een stroomsterkte van 0,6 A. Aan de secundaire kant meet je 1,8 V en 1,44 A. Bereken het rendement.
Bereken hoeveel energie de transformator in totaal heeft gebruikt in 3 uur.
Bereken hoeveel energie de transformator nuttig heeft gebruikt in 3 uur.
Bereken hoeveel energie de transformator niet nuttig heeft gebruikt in 3 uur.
In welke energievorm heeft de transformator het meeste energie omgezet?
Foto Hoogspanningsmast: Yummifruitbat onder Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic license
Op de hoogspanningsmasten staat 200.000 tot 380.000 V. Toch zie je soms vogels op de kabels zitten. Leg uit waarom de vogels gewoon op de kabels kunnen zitten.
De transformator van een energiecentrale zet de spanning om van 2.000 V naar 380.000 V. Het primaire vermogen is 8.400 kW. De secundaire stroomsterkte is 20 A. Bereken het rendement en de primaire stroomsterkte.
In een tesla spoel wordt de spanning in 2 stappen opgevoerd. De 230 V uit het stopcontact wordt verhoogd tot 4 kV. De snelheid waarmee de wisselstroom wisselt wordt ook verhoogd en in de laatste spoelen wordt de spanning 1,3 MV. Er ontstaan grote elektrische vonken. Deze vonken zijn voor mensen ongevaarlijk. Leg uit waarom.