Kerntype versus Shell-type transformator: Welke is de beste keuze?

Heb je er ooit over nagedacht waardoor een transformator zijn werk doet? Deze handige apparaten zijn overal te vinden en helpen onze huizen en steden van stroom te voorzien. Maar niet alle transformatoren zijn hetzelfde. De twee belangrijkste soorten zijn de kerntransformator en de schaaltransformator. Het grootste verschil tussen kerntype en schachttype transformatoren is de manier waarop ze gebouwd zijn. Dit verschil kennen is heel belangrijk om de juiste transformator voor een bepaalde taak te kiezen. Dit artikel legt het op een eenvoudige manier uit. We laten je alles zien wat je moet weten over de keuze tussen kern- en schiltransformatoren. Je leert hoe ze in elkaar zitten, waar ze voor gebruikt worden en hoe je de beste kiest voor wat je nodig hebt.

Wat is een transformator en waarom bestaan er verschillende soorten?

Een transformator is een apparaat dat het spanningsniveau van elektriciteit verandert. Het kan de spanning verhogen of verlagen. Dit is van groot belang voor onze elektriciteitssystemen. Elektriciteitscentrales produceren elektriciteit met een zeer hoge spanning. Een transformator maakt dat voltage nog hoger zodat het een lange weg kan afleggen. Daarna maken andere distributietransformatoren het voltage lager voordat het je huis binnenkomt. Dit maakt de elektriciteit veilig voor jou om te gebruiken.

Er zijn vele soorten transformatoren, maar de bekendste zijn het kerntype en het shelltype. Waarom zijn er twee hoofdsoorten? Dat komt omdat voor verschillende werkzaamheden verschillende soorten gereedschap nodig zijn. Een transformator die in een gigantische energiecentrale wordt gebruikt, stelt andere eisen dan een transformator in een kleine werkplaats. De manier waarop de kern en de wikkeling zijn ontworpen, maakt elk type transformator nuttig voor specifieke klussen. De keuze tussen een kerntype en een omhullingstype is gebaseerd op zaken als het vermogen (kva), het spanningsniveau, de prijs en de fysieke afmetingen.

Hoe wordt een kerntransformator in elkaar gezet?

Een kerntransformator is heel eenvoudig opgebouwd. Stel je een rechthoek voor. De kern is gemaakt van speciale staalplaten. Hij heeft twee rechtopstaande delen die ledematen worden genoemd. Hij heeft ook twee platte delen aan de boven- en onderkant, die jukken worden genoemd. Deze kern creëert één enkel pad voor het magnetische circuit. Het belangrijkste idee om te onthouden over een kerntransformator is dat de wikkelingen de kern omringen. Dit is een speciaal onderdeel van dit type transformator.

In een kerntransformator wordt de wikkeling om de twee ledematen gelegd. Meestal wordt de laagspanningswikkeling als eerste aangebracht, direct naast de kern. Daarna wordt de hoogspanningswikkeling om de laagspanningswikkeling gewikkeld. Dit wordt gedaan om de elektriciteit veilig gescheiden te houden. Het is gemakkelijker om de hoogspanningswikkeling te scheiden van de laagspanningswikkeling. Dit is gemakkelijker dan het scheiden van de ijzeren kern. Dit soort transformatorontwerp komt veel voor in veel vermogenstransformatoren. De kerntransformatoren bieden een eenvoudige en goede manier om de magnetische flux te regelen.

Wat is een Shell-type transformator en wat maakt hem anders?

Nu kunnen we de schachttrafo bekijken. Als een kerntransformator zijn wikkeling aan de buitenkant heeft, dan is een schiltransformator het tegenovergestelde. In dit type ontwerp gaat de kern om de wikkeling heen. De kern van het shell-type heeft drie ledematen. Hij bestaat uit één centrale poot en twee poten aan de buitenkant. Het is bijna alsof de kern een hard omhulsel is dat de belangrijke onderdelen aan de binnenkant beschermt. Dit is een belangrijk verschil tussen kern- en schiltransformatoren.

In een schiltransformator zijn zowel de hoofdwikkeling als de tweede wikkeling op de middelste poot geplaatst. De wikkelingen zijn boven elkaar geplaatst op deze middelste poot. De magnetische kern geeft de magnetische flux twee paden om te volgen. De flux die van de middelste spoel komt, splitst zich in tweeën. Deze stroomt dan door de twee ledematen aan de buitenkant. Dit ontwerp geeft een prachtige ondersteuning aan de wikkeling en helpt deze veilig te houden. Vanwege dit zeer sterke ontwerp wordt voor veel laagspanningsklussen de voorkeur gegeven aan transformatoren van het shell-type.

Kerntype vs Shell-type: Waar wordt de wikkeling geplaatst?

Het grootste verschil tussen een kerntype en een schaaltype transformator is de plaats van de wikkeling. Het gaat erom wat er aan de binnenkant zit en wat er aan de buitenkant zit.

• Kerntype transformator: In deze transformator zijn de windingen rond de kern gewikkeld. Denk aan een horloge om je pols. Je pols is als de kern en het horloge is als de wikkeling. De laagspanningswikkeling wordt eerst om de kern gewikkeld. Daaroverheen komt de hoogspanningswikkeling. De wikkelingen op de ledematen gaan dus om de kern heen.
• Schiltransformator: In een transformator van het shell-type gaat de kern rond de wikkeling. Denk aan eten in een lunchtrommel. Het voedsel is als de wikkeling en de doos is als de kern. Zowel de laagspannings- als de hoogspanningswikkeling worden op het centrale deel van de kern gelegd. De ijzeren kern vormt dan een omhulsel rond deze spoel.

Dit fundamentele verschil in hoe ze gebouwd zijn, verandert al het andere aan de transformator, van hoe groot hij is tot hoe goed hij werkt. De primaire en secundaire wikkelingen zijn voor elk type transformator op een andere manier opgebouwd. Dit leidt tot verschillende resultaten in hun prestaties. Een transformatorfabrikant kiest het ontwerp op basis van wat de gebruiker nodig heeft.

Welke transformator heeft een effectiever magnetisch circuit?

Het magnetische circuit is de weg die de magnetische flux aflegt wanneer hij zich in de transformator beweegt. Het ontwerp van deze weg is erg belangrijk om de transformator goed te laten werken. In een kerntransformator kan de magnetische flux maar over één weg bewegen. De flux beweegt door de ledematen en jukken in één grote lus. Dit ontwerp kan soms een kleine hoeveelheid lekstroom veroorzaken. Dit is energie die verspild wordt.

Een transformator van het schiltype heeft een effectiever magnetisch circuit. Omdat de wikkelingen op de centrale poot zijn geplaatst, stroomt de magnetische flux naar buiten en heeft twee wegen om terug te komen via de buitenste pootjes. Dit zorgt voor een korter magnetisch pad voor de flux. Een korter pad betekent dat er minder energie nodig is om het magnetische veld te maken. Dit betekent dat de schiltransformator vaak minder magnetisatiestroom nodig heeft en een hoger rendement kan hebben. Het ontwerp van de transformator waarbij de magnetische flux twee paden heeft, is een groot pluspunt voor de schiltransformator.

Is voor hoogspanning een kern- of mantelvormige transformator een betere keuze?

Wanneer je met hoogspanning werkt, is één type transformator meestal de winnaar. Het kerntype transformator is normaal gesproken beter geschikt voor klussen waarbij hoogspanning wordt gebruikt. Dit komt omdat het gemakkelijker is om isolatie op de wikkelingen aan te brengen. Omdat de laagspanningswikkeling naast de kern wordt geplaatst en de hoogspanningswikkeling eromheen wordt gewikkeld, is er veel ruimte om materialen toe te voegen voor de veiligheid. Dit maakt ze een veilige en vertrouwde keuze voor hoogspanningswerk, zoals in grote energietransformatoren en distributietransformatoren.

Aan de andere kant wordt de schiltransformator vaak gebruikt voor laagspanningstoepassingen. De wikkelingen zitten dicht op elkaar op de centrale poot. Dit maakt het moeilijker om de speciale isolatie toe te voegen die nodig is voor zeer hoge spanningsniveaus. Maar dit krappe wikkelontwerp is perfect voor toepassingen met een lagere spanning en een hogere elektrische stroom. Dus als je werkt met grote elektriciteitssystemen en hoge spanning, is een kerntransformator waarschijnlijk de betere optie. Voor behoeften met een lagere spanning is een omhullingstransformator een uitstekende keuze.

Hoe beïnvloedt de vorm van de kern de koeling en het uitvoeren van reparaties?

De manier waarop een transformator gebouwd is, bepaalt ook hoe gemakkelijk hij te koelen en te repareren is. Een transformator wordt heet als hij werkt. Hij moet afkoelen zodat hij niet beschadigd raakt. In een kerntransformator zitten de wikkelingen aan de buitenkant. Dit betekent dat ze in contact staan met de lucht of met speciale koelolie. Hierdoor kan de warmte gemakkelijker weg. De warmte kan de wikkeling verlaten en rechtstreeks de lucht in gaan. Dit maakt het ook eenvoudiger om de wikkeling te controleren en te repareren als er een probleem optreedt.

In een transformator van het shell-type bevindt de wikkeling zich binnenin de kern. De kern werkt als een deken, waardoor de wikkeling wat moeilijker kan afkoelen. Natuurlijke koeling werkt minder goed. Maar de kern zelf kan zonder problemen worden gekoeld. Wanneer het tijd is voor reparaties, kan een transformator van het shell-type moeilijker te repareren zijn. Om bij de wikkeling te komen, moet je eerst de kern uit elkaar halen. Dit maakt het repareren ingewikkelder en duurder. Dit is een belangrijk punt om over na te denken bij het kiezen van de juiste transformator.

Hoe zit het met de sterkte en ondersteuning van de spoel?

Een goede mechanische sterkte is erg belangrijk, vooral voor een grote transformator. De wikkelingen voelen sterke elektromagnetische krachten wanneer de transformator werkt. Deze krachten kunnen ervoor zorgen dat de wikkeling verschuift of beschadigd raakt. Het schiltype transformator heeft een groot voordeel op dit gebied. De kern gaat om de wikkeling heen, waardoor deze zeer goed wordt ondersteund. De wikkelingen tussen de twee helften van de kern worden stevig op hun plaats gehouden. Dit geeft het shell-type ontwerp een grote mechanische sterkte, waardoor ze geschikt zijn voor zwaar werk en toepassingen met een hoog vermogen.

Het kerntype transformator geeft minder natuurlijke ondersteuning voor zijn wikkeling. De spoel zit aan de buitenkant en heeft dus extra onderdelen nodig om hem op zijn plaats te houden en te voorkomen dat hij onder druk beweegt. Dit kan goed gedaan worden, maar het shell-type ontwerp is van nature sterker. Het juk en de ledematen van de hulskern vormen een sterke, veilige doos voor de spoel. Deze extra mechanische ondersteuning is een belangrijke reden waarom schachttransformatoren worden gebruikt in zware werkomstandigheden.

Een eenvoudige grafiek: Het verschil tussen kerntype en shell type transformator

Soms kan een grafiek dingen beter uitleggen dan vele woorden. Hier is een eenvoudige grafiek die de belangrijkste verschillen aangeeft tussen kern- en schachttransformatoren.

Deze grafiek geeft je een snelle manier om het verschil te zien tussen kerntype en omhullingstype. Je kunt het gebruiken om de belangrijke details van elke transformator te onthouden.

Hoe kies je de juiste transformator?

Hoe maak je nu de uiteindelijke keuze? De juiste transformator kiezen hangt af van wat je nodig hebt. Er is niet één transformator die "de beste" is voor elke situatie. Zowel kern- als schachttransformatoren zijn prachtige ontwerpen. Ze worden wereldwijd gebruikt in distributie- en vermogenstransformatoren. De juiste keuze is gebaseerd op het werk dat de transformator moet doen.

Denk eens na over deze vragen:

• Wat is het spanningsniveau? Voor zeer hoge spanning is een kerntransformator meestal de veiligere en slimmere keuze. Voor lage spanning en hoge stroom werkt een transformator met mantel vaak beter en kan hij efficiënter werken.
• Hoeveel vermogen (kVA) heb je nodig? Shell-ontwerpen worden vaak gebruikt voor zeer hoge kVA in systemen met laagspanning.
• Hoe belangrijk is fysieke sterkte? Als de transformator op een locatie komt te staan met veel trillingen of kans op kortsluitingsproblemen, is een sterk omhulsel een beter idee.
• Wat zijn je plannen voor koeling en onderhoud? Als je gemakkelijk reparaties moet kunnen uitvoeren en een goede natuurlijke koeling wilt, is de kerntransformator een goede keuze.

Door de antwoorden op deze vragen te vinden, kun je samen met een transformatorexpert de perfecte transformator voor jouw stroomdistributie vinden. Beide soorten transformatoren spelen tegenwoordig een zeer belangrijke rol in onze wereld.

Dingen om te onthouden

Hier volgt een kort overzicht van de belangrijkste ideeën over het kerntype versus schiltype transformator:

• Het grootste verschil zit in de manier waarop ze gebouwd zijn: Bij een kerntransformator wordt de wikkeling om de kern gelegd. Bij een schiltransformator wordt de kern om de wikkeling gelegd.
• Kerntransformatoren zijn meestal een betere keuze voor hoogspanning, lagere kVA, omdat ze eenvoudiger te isoleren zijn.
• Shell-type transformatoren zijn uitstekend geschikt voor laagspanning, hogere kVA en hebben een grotere mechanische sterkte.
• Het shell-type ontwerp heeft meestal een effectiever magnetisch circuit, wat kan leiden tot een hoger rendement en minder energieverlies.
• De kerntransformator is gewoonlijk gemakkelijker af te koelen en te repareren omdat de wikkelingen zich aan de buitenkant bevinden.
• De keuze tussen de twee is volledig gebaseerd op het precieze werk dat de transformator moet doen, inclusief de spanning, het vermogen en de omstandigheden waarin hij moet werken.