Een transformator zet elektriciteit om in een magnetisch veld en vice versa. Transformatoren worden inmiddels al meer dan honderd jaar ingezet op de meest uiteenlopende gebieden. Dankzij hun relatief eenvoudige constructie, het gebruik van robuuste materialen én het ontbreken van mechanisch bewegende onderdelen hebben transformatoren zeer weinig onderhoud nodig. Bovendien hebben ze een lange levensduur bij correct gebruik. Deze eigenschappen zorgen ervoor dat ook hedendaagse ontwikkelaars nog steeds gebruik maken van transformatoren, zelfs in de nieuwste apparatuur.

Wat is een transformator?

Een klassieke transformator wordt gebruikt om elektrische spanning (primaire spanning) om te zetten in een andere wisselspanning (secundaire spanning). De primaire en secundaire spanning zijn niet elektrisch met elkaar verbonden. Door deskundigen wordt dit een galvanische scheiding tussen de primaire en secundaire zijde genoemd. In het meest eenvoudige geval bestaat een transformator uit een primaire spoel, een ijzeren kern en een secundaire spoel. De twee spoelen bestaan uit een wikkeling  van koperdraad, die ter isolatie is voorzien van een vernislaag.

Waar zijn transformatoren voor nodig?

Afhankelijk van het ontwerp en het beoogde gebruik, kan de secundaire spanning lager, gelijk of hoger zijn dan de primaire spanning. De windingsverhouding (aantal windingen) tussen de primaire en secundaire spoel bepaalt de uitgangsspanning. Hoeveel vermogen de transformator uiteindelijk kan overbrengen, is afhankelijk van de doorsnede van de gebruikte koperdraad.

Soms beschikken primaire en secundaire wikkelingen over een aftappunt, hiermee kan de spanning worden aangepast. Zo kan een nettransformator met een secundaire spoel spanningen van verschillende niveaus creëren. 

Waar zijn transformatoren voor nodig?

Transformatoren worden gebruikt voor vermogensoverdracht. Hoe meer stroom er door een geleider loopt, hoe hoger de verliezen zijn. Dit komt door de weerstand van de geleider. Om verliezen te verminderen, zou men theoretisch gezien de leiding kunnen vergroten. Dit wordt niet vaak gedaan omdat het leidingmateriaal kostbaar is. Om de spanning toch te verhogen, wordt er in de praktijk een transformator gebruikt. Dit is ook de reden dat bovenleidingen werken met extreem hoge spanningen van enkele duizenden volts. 

In de elektriciteitsleer geldt: P = U x I

Hierbij is P het vermogen in watt, U de effectieve waarde van de elektrische spanning in volt en I de effectieve waarde van de elektrische stroomsterkte, in ampère. Als de spanning (U) transformeert met factor 1000, zal de stroom verlaagd worden met dezelfde factor om gelijke spanning te behouden. 

Het vermogensverlies wordt berekend met de formule P =  I² x R (Stroom² x Leidingweerstand). Met een transformator wordt het verlies 1/1.000.000e deel van het oorspronkelijke verlies. Dat betekend dat energie zo verre afstanden kan overbruggen, zonder veel stroom te verliezen. De ontvangende partij zet de hoogspanning van enkele duizenden volts om in transformatorstation naar een spanning van 230 V. 

Het aanpassen van de spanning

Transformatoren worden ook wel gebruikt in netvoedingadapters. Voor lampen, kachels, elektrisch gereedschap of keukenapparatuur is een voedingsspanning van 230 V immers uitermate geschikt. Voor kleinere apparaten is deze spanning juist weer te hoog. Voor die situaties wordt er een netadapter ingezet om de spanning om te zetten. Adapters kunnen worden ingebouwd, maar ook extern worden ingezet, tussen het apparaat en de stekker in de voedingsunit. 

Signaaloverdracht

Bij overdracht van signalen tussen circuits, worden transformatoren ook gebruikt. Een klassiek voorbeeld hiervan is een lichtorgel. Geluidssignalen bedienen hierbij elektronische schakelaars (thyristoren) die op hun beurt weer de verlichting bedienen. De lampen van het lichtorgel zijn met het 230 V-net verbonden, maar deze spanning mag vanwege veiligheidsredenen niet terug worden overgedragen naar de geluidsinstallatie. Daarom wordt er een galvanische scheiding aangebracht tussen de verschillende delen van het lichtorgel. De signalen van de luidsprekeruitgang worden overgeschakeld naar de primaire spoel van de transformator. De secundaire spoel genereert daaropvolgend signalen om de lampen aan te sturen.

Hoe werkt een transformator?

Een transformator is opgebouwd uit twee spoelen die gescheiden zijn door een tussenwand. Wanneer er spanning op de primaire spoel komt te staan, wordt er een magnetisch veld opgewekt. Dit veld wordt versterkt door de ijzeren kern en zo wordt spanning opgewekt (geinduceerd) in de vorm van een pulspiek. Als gelijkspanning op de primaire spoel wordt aangesloten, genereert de spoel een constant magnetisch veld. Afgezien van de korte puls bij het inschakelen, zijn er geen verdere spanningen bij de secundaire spoel te meten. De reden hiervoor is dat de secundaire spoel alleen maar spanning induceert als het magnetisch veld verandert. Daarom werken transformatoren niet op gelijkspanning, maar op wisselspanning.

Bij sinusvormige wisselspanning, bijvoorbeeld van het openbare stroomnet, schommelen spanningswaarden continu tussen twee piekwaarden. Zo blijft het magnetisch veld veranderen, waardoor de secundaire spoel permanent secundaire spanning kan opwekken. Als alternatief kan er ook gebruik worden gemaakt van een transformator met geschakelde gelijkspanning (Gelijkspanning die in een snel ritme in- en uitschakelt). 

Wat is het verschil tussen een nettransformator en netvoeding? 

Aan de primaire zijde wordt een nettransformator gevoed met wisselspanning (bijvoorbeeld 230 V van het openbaar stroomnet). Deze spanning wordt doorgegeven aan de secundaire spoel waarbij de waardes worden bepaald door de structuuropbouw van de spoel, bijvoorbeeld 12 V. Afhankelijk van het type uitvoering zijn transformatoren geschikt voor inbouwmontage. Andere modellen hebben  een eigen behuizing met de benodigde aansluitingen. 

Netvoeding werkt ook op wisselspanning, maar heeft in aanvulling op een nettransformator, ook een gelijkrichter (BGR) en een condensator (C). Zo geeft netvoeding over het algemeen gelijkblijvende spanning uit (gelijkspanning). Om ervoor te zorgen dat de uitgangsspanning ten alle tijden gelijk blijft, zijn veel netvoedingen voorzien van een spanningsregelaar. 

Wat is een elektronische transformator?

Deze 70 W transformator is 11 x 5,5 x 3,5 centimeter en weegt maar 120 gram. Bij een standaard netspanning van 230 V/50 Hz worden 50 sinusgolven per seconde opgewekt. Als er wordt nagegaan dat de stroomrichting 100 x per uur wordt omgedraaid, klinkt dit als aardig veel. Toch is in de elektronica een frequentie van 50 Hz oneindig traag. Als u spanningen met een hoog vermogen wilt transformeren, heeft een grotere, dikkere en zwaardere transformator nodig. 

Ontwikkelaars ontwikkelden snellere transformators om zo materiaal, gewicht en installatieruimte te besparen. Het enige wat u daarvoor hoeft te doen, is de 230 V-netspanning omzetten in gelijkspanning. Deze gelijkspanning bedient u met een elektronische schakelaar die op de gewenste frequentie schakelt naar de primaire spoel. Naast dat deze transformators op hogere frequenties werken, zijn ze beduidend kleiner, lichter en goedkoper dan de langzamer werkende 70 W transformator. 

Welke soorten transformatoren verkoopt Conrad?

• Nettransformatoren
  Nettransformatoren gebruikt u om een netspanning van 230 V om te zetten naar een meer geschikte spanning voor het apparaat dat u wilt gebruiken. De transformator wordt direct in het apparaat zelf geïnstalleerd, bijvoorbeeld in externe netvoeding of in een schakelkast. Voor industriële toepassingen zijn er transformatoren die bij een ingangsspanning van 400 V of meer kunnen worden gebruikt. De keuze voor een geschikte transformator hangt niet alleen af van de primaire en secundaire spanning, maar ook van het vermogen. Voor 12 V-netvoeding met maximaal 3 ampère kan de transformator volgens de volgende formule worden gekozen: 12 V x 3 A = 36 VA x factor 1,4 = 50 VA. Vanwege de factor van 1,4 die wordt aangehouden, wordt de nettransformator maximaal 70% belast. Overbelasting is zo zelfs bij aanhoudende maximale belasting bijna onmogelijk.

• Veiligheidstransformatoren
  Veiligheidstransformatoren voldoen aan speciale veiligheidseisen en worden onderworpen aan strenge voorwaarden. Vanwege interne beveiligingsmaatregelen als versterkte isolatie hebben deze transformatoren een hoge kortsluitvastheid. Dit zorgt ervoor dat er geen elektrische verbinding tussen de primaire en secundaire spoel kan ontstaan tijdens een storing. Bovendien zijn veiligheidstransformatoren niet zelden uitgerust met veiligheidsvoorzieningen of zekeringen. 

• Stuurtransformatoren
  Stuurtransformatoren worden gebruikt in de energie- en automatiseringstechniek. Deze transformatoren zorgen voor een betrouwbare stroomtoevoer bij besturings- en hulpcircuits. Dankzij extra aftakkingen is het mogelijk de lokale stroomvoorziening aan te passen. In het geval van een storing wordt de kortsluitstroom in het circuit beperkt en wordt de storing door schakelende inductieve belastingen gereduceerd. 

• Compacte voedingstransformatoren
  Deze transformatoren kunnen net wat meer dan de conventionele nettransformatoren. Naast de transformator zitten er ook een gelijkrichter en een condensator in de behuizing. Dit zorgt ervoor dat compacte voedingstranformatoren geen wisselspanning leveren, maar gelijkspanning. In compacte voedingstransformatoren worden verschillende wisselspanning-aansluitingen naar buiten geleid. Dit maakt deze transformatoren (zie afbeelding) ideaal om mee te experimenteren.De gebruiker beslist zelf of de interne gelijkrichter en condensator worden gebruikt.

• Printtransformatoren
  Print- of printplaattransformatoren worden bij voorkeur gebruikt als nettransformator voor kleine apparaten die geen hoge energiebehoefte hebben De transformator is ingebouwd in een kunststof behuizing en heeft verticaal lopende aansluitingen. Daarmee zijn ze uitermate geschikt om te monteren op een printplaat. Kleinere printtransformatoren hebben krachtige soldeerverbindingen om de transformator zo voldoende stabiliteit te geven. Grotere printtransformatoren hebben lipjes waarmee vastgeschroefd kunnen worden op de printplaat. Bij het kiezen van de juiste printtransformator kijkt u ook naar andere factoren, zoals de primaire- en secundaire spanning, het vermogen en de afstand tussen de aansluitingen. 

• Halogeen transformator
  In het verleden werden deze transformatoren gebruikt bij het voeden van laagspanningshalogeenlampen. Ze waren ontworpen als fysieke transformator met primaire en secundaire wikkelingen wat ze log en duur maakten. Inmiddels worden halogeentransformatoren aangeboden als elektronische transformatoren. Deze zijn veel handzamer en nemen minder ruimte in. Als halogeenlampen worden vervangen door LED-lampen kunnen sommige elektronische transformatoren storing gaan geven. Dit komt doordat de lagere bedrijfsstroom van een LED-lamp, de minimale belasting die de transformator nodig heeft niet bereikt. 

Naar de halogeentransformatoren

• Ringkerntransformatoren 
  Het ronde ontwerp van deze ringkerntransformator levert voordelen op, maar hier hangt wel een prijskaartje aan. Het ronde model zorgt voor een beter rendement dan reguliere transformatoren. Het magnetisch veld is beduidend minder aanwezig. Om deze reden worden ringkerntransformatoren vaak gebruikt in geluidsinstallaties. Verdere voordelen zijn de compacte afmetingen, het lagere gewicht en het weinige geluid wat de transformator voortbrengt. Kwalitatief hoogwaardige ringkerntransformatoren hebben altijd een inschakelstroombegrenzer in de vorm van een PTC. 

Naar de ringkerntransformatoren

• Voorschakeltransformatoren
  Voorschakeltransformatoren worden gebruikt om spanningen aan te passen, bijvoorbeeld bij apparaten die ontworpen zijn voor het Amerikaanse stroomnet (110 V/60 Hz), maar die tijdelijk op het Europese stroomnet (230 V/50 Hz) moeten functioneren. Voorschakeltransformatoren veranderen alleen de spanning, maar niet de netfrequentie. Dit is echter niet belangrijk bij de meeste toepassingen. Omdat voorschakeltransformatoren individueel gebruikt kunnen worden, is er de mogelijkheid bij enkele apparaten om zowel de uitgangs- als ingangsspanning in te stellen.

• Regeltransformatoren
  Een regeltransformator maakt individuele uitgangsspanningen mogelijk. Deze transformator wordt vooral gebruikt in de meet- en regeltechniek, in laboratoria en in de automatiseringstechniek. Met behulp van een regeltransformator worden er verschillende uitgangsspanningen gegeneerd bij een ingangsspanning van 230 V/50 Hz. De uitgangsspanning past u aan door aan de knop te draaien. Dit is een draaiend contact op een ringvormige transformatorspoel. Spanningsfluctuaties stabiliseren van bijvoorbeeld uw televisie, wordt zo wel heel eenvoudig! De transformatoren worden ook ontworpen als autotransformatoren, met slechts één wikkeling en zonder galvanische scheiding of als gescheiden stuurstroomtransformator met twee wikkelingen. 

• Spaartransformatoren
  Spaartransformatoren bestaan meestal uit een spoel met één of meerdere aftakkingen voor de uitgangsspanning. Deze transformatoren worden bij voorkeur gebruikt als in- en uitgangsspanning zeer dicht bij elkaar liggen qua waarden. Dit komt doordat een spaartransformator alleen het spanningsverschil tussen de in- en uitgang transformeert. Er is geen elektrische isolatie tussen de in- en uitgangsspanning in een autotransformator, daarnaast hebben ze ook maar één enkele wikkeling. 

• Scheidingstransformatoren voor laboratoria
  Deze transformatoren worden gebruikt voor ontwikkelings-, service- of reparatiewerkzaamheden aan elektronische schakelingen. Om elektrische schokken te voorkomen, moet het circuit waar aan wordt gewerkt, geïsoleerd worden van de netspanning. Deze galvanische scheiding wordt bereikt via een scheidingstransformator waarop het te repareren apparaat wordt aangesloten. Scheidingstranformatoren hebben een vaste uitgangsspanning of deze kan individueel worden ingesteld. Bij individuele regeling preekt men van een variabele scheidingstransformator. Door de galvanische scheiding van het spanningsnet hebben scheidingstransformatoren geen randaarde contact bij de uitgang. 
  Belangrijk: De scheidingstransformator moet altijd een hoger vermogen hebben dan het aangesloten apparaat. 

• PA-transformatoren, PA-overbrengers
  PA-transformatoren zijn te gebruiken om meerdere luidsprekers aan elkaar te koppelen. Dit is handig op plekken waar de audio versterkt moet worden, zoals in openbare ruimtes. Een PA-transformator, met dezelfde waarden als de gebruikte luidspreker, wordt aangesloten op de ingang (de primaire kant) van de versterker. De secundaire zijde van de PA-transformator zet de audiosignalen om (100 V). Bij de luidsprekers (L1-L4) wordt ook een PA-transformator gebruikt, die de hoge impulsen op de 100V-leiding terugzet naar een spanning die compatibel is met de luidspreker. Meerdere PA-transformatoren met bijbehorende luidsprekers kunnen probleemloos op een 100 V-kabel worden aangesloten. Zo zijn langere kabelafstanden eenvoudig te overbruggen. 

• Audiotransformatoren
  Bij audiotransformatoren gaat het meer om de kwaliteit van het signaal dan over de prestaties. Ze fungeren in eerste instantie vooral als transformator, maar hoeven hiervoor geen grote vermogens te transformeren. In plaats daarvan zorgen deze transformatoren voor de hoogst mogelijke kwaliteit bij bijvoorbeeld microfoons. Door de galvanische scheiding komen het versterker- en microfoon-circuit niet met elkaar in contact.  Audiotransformatoren worden daarnaast ook gebruikt in netvoeding, in High Frequency- of digitale technologie. Bij deze technieken wordt het een pulstransformator genoemd waarbij deze qua zendfrequentie minder breedband behoeft. 

FAQ - Veelgestelde vragen over transformatoren

Waarom maken sommige transformatoren een brommend geluid?

Als de transformator in werking is, kunt u een brommend geluid horen. Dat komt door de mechanische trillingen die deze voortbrengt. Dit is alleen hoorbaar onder bepaalde omstandigheden, bijvoorbeeld als een transformator voor een verlichtingssysteem tussen een plafond of wand wordt gemonteerd. Holle ruimtes kunnen dan werken als klankkast waardoor het brommende geluid hoorbaar is. 

Waarom wordt het vermogen van een transformator aangegeven met VA?

Een transformator is een inductieve belasting door een koperen spoel. Daarom wordt het vermogen aangegeven in volt x ampère (VA) en niet in watt. 

Kan een transformator gedimd worden?

In principe is dit mogelijk, zolang het vermogen van de dimmer in VA is aangegeven. Deze dimmers zijn geschikt voor de conventionele transformatoren met spoel. Als het vermogen wordt aangegeven in watt, dan is de dimmer alleen geschikt voor gloeilampen. Elektronische transformatoren moeten worden gedimd met behulp van een fase-afsnijdingsdimmer. Op de verpakking van deze dimmers wordt aangegeven dat zij geschikt zijn voor elektronische transformatoren. 

Kunnen de spoelen in een transformator parallel of in serie schakelen?

Als een transformator twee identieke spoelen heeft, kunnen de spoelen in serie worden geschakeld om de spanning te verhogen. Parallel schakelen is ook mogelijk om zo de stroom te verhogen. Bij het aansluiten van de uitgangen dient u op te letten de juiste verbindingen te leggen. 

Waarom bestaat de ijzeren kern van een transformator uit dunne metalen plaatjes?

Bij nettransformatoren worden dynamoplaten (van een ijzer/silicium-legering) op elkaar gestapeld. Zo vormen zij de kern van de transformator. De platen zijn van elkaar geïsoleerd om zo verliezen door wervelstromen te voorkomen. Beschadiging van de isolatie leidt tot een warmere werkomgeving. 

Wat is het verschil tussen een primaire en secundaire spoel van een nettransformator?

De primaire spoel heeft een dunne draad met veel bochten. De exacte dikte van de draad en het aantal omwentelingen is afhankelijk van het vermogen dat de transformator moet overbrengen. Bij de secundaire spoel is de draad veel dikker, met minder bochten. Ook hier hangen het aantal omwentelingen en de dikte van de draad af van de spanning die in tweede instantie moet worden opgewekt.